UNIVERSITAS INDONESIA OPTIMISASI RANGKAIAN ... - lib.ui.ac.id

UNIVERSITAS INDONESIA

OPTIMISASI RANGKAIAN CHARGE AMPLIFIER DENGAN

RESISTOR, KAPASITOR, DAN OP-AMP YANG

DIVARIASIKAN SEBAGAI RANGKAIAN PEMBACA

UNTUK SENSOR KELEMBABAN KAPASITIF

SKRIPSI

MUHAMMAD GHAZALI ANGGOROJATI

040403061X

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN ELEKTRO

DEPOK

JUNI 2009

UNIVERSITAS INDONESIA


RESISTOR, KAPASITOR, DAN OP-AMP YANG

DIVARIASIKAN SEBAGAI RANGKAIAN PEMBACA

UNTUK SENSOR KELEMBABAN KAPASITIF

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD GHAZALI ANGGOROJATI

040403061X

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN ELEKTRO

DEPOK

JUNI 2009

ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang

dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

Nama : Muhammad Ghazali Anggorojati

NPM : 040403061X

Tanda Tangan :

Tanggal : 16 Juni 2009

Optimasi rangkaian..., Muhammad Ghazali Anggorojati, FT UI, 2009

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :


NPM : 040403061X

Program Studi : Teknik Elektro

Judul Skripsi : Optimisasi Rangkaian Charge Amplifier

Dengan Resistor, Kapasitor, Dan Op-Amp

Yang Divariasikan Sebagai Rangkaian

Pembaca Untuk Sensor Kelembaban Kapasitif

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai

bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr. Ir. Agus Santoso Tamsir, MT ( )

Penguji : Prof. Dr. Ir. Harry Sudibyo S., DEA ( )

Penguji : Dr. Ir. Purnomo Sidi Priambodo, MSEE ( )

Ditetapkan di : Kampus UI Depok

Tanggal : 26 Juni 2009


iv

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan karunia-Nya

maka skripsi ini dapat diselesaikan. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka

memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi

Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Saya menyadari

bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak sulit bagi saya untuk

menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya ingin mengucapkan terima kasih

kepada:

(1) Dr. Ir. Agus Santoso Tamsir, MT, selaku dosen pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan pengarahan

dalam penyusunan skripsi ini;

(2) Asisten Lab Elektronika, yang telah menyediakan peralatan yang

digunakan dalam skripsi ini;

(3) Orang tua dan keluarga atas segala dukungannya, baik moral maupun

material;

(4) Teman-teman seperjuangan di Departemen Elektro angkatan 2004,

yang merupakan rekan-rekan terbaik saya di saat senang maupun susah;

dan

(5) Teman-teman sesama bimbingan Bapak Agus Santoso Tamsir atas

segala bantuan yang diberikan dalam penyusunan skripsi ini.

Semoga Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak

yang telah membantu. Akhir kata, saya menyadari bahwa skripsi ini masih

memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu, mohon dibukakan pintu maaf yang

sebesar-besarnya.

Depok, Juni 2009

Penulis


v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini:


NPM : 040403061X


Departemen : Elektro

Fakultas : Teknik

Jenis karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:


RESISTOR, KAPASITOR, DAN OP-AMP YANG DIVARIASIKAN

SEBAGAI RANGKAIAN PEMBACA UNTUK

SENSOR KELEMBABAN KAPASITIF

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama

saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di: Depok

Pada tanggal: 16 Juni 2009

Yang menyatakan

(Muh. Ghazali A.)


vi Universitas Indonesia

ABSTRAK



Judul : Optimisasi Rangkaian Charge Amplifier Dengan Resistor,

Kapasitor, Dan Op-Amp Yang Divariasikan Sebagai Rangkaian

Pembaca Untuk Sensor Kelembaban Kapasitif

.

Skripsi ini membahas mengenai optimisasi rangkaian charge amplifier yang

digunakan untuk membaca output dari sensor kelembaban kapasitif. Simulasi

dilakukan untuk beberapa nilai dari tiap-tiap komponen yang terdapat pada

rangkaian dengan menggunakan aplikasi Multisim. Data yang didapat dari

simulasi kemudian dianalisis dan diujicobakan pada rangkaian fisik untuk

mendapatkan perbandingan antara simulasi dengan rangkaian sebenarnya. Hasil

yang didapat dari penelitian adalah sebuah rangkaian charge amplifier dengan

sinyal output yang baik dan penguatan tegangan yang sesuai dengan spesifikasi

sensor yang diinginkan.

Kata kunci:

Charge amplifier, optimisasi, sensor kelembaban kapasitif


vii Universitas Indonesia

ABSTRACT

Name : Muhammad Ghazali Anggorojati

Study Program : Electrical Engineering

Title : Optimization of Charge Amplifier Circuit with Variation of

Resistor, Capacitor, and Op-Amp as Read-Out Circuit for

Capacitive Moisture Sensor

Main focus of this study is how to optimize a charge amplifier circuit that used to

read output from capacitive moisture sensor. Simulation is done with Multisim

application for several values on each component contained in the circuit. The

simulation data is analyzed afterwards and tested on the real circuit to compare

both result. The outcome of this research is a charge amplifier circuit with good

output signal and gain amplifier appropriate for desired specification.

Keywords:

Charge amplifier, optimization, capacitive moisture sensor


viii Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

JUDUL ................................................................................................................. i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ iv

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH .................... v

ABSTRAK ......................................................................................................... vi

ABSTRACT ...................................................................................................... vii

DAFTAR ISI .................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... x

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi

DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiii

1. PENDAHULUAN .......................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2 Tujuan Penulisan ....................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 2

1.4 Sistematika Penulisan ................................................................................ 2

2. DASAR TEORI .............................................................................................. 3 2.1 Rangkaian Charge Amplifier ..................................................................... 3

2.2 Komponen-Komponen Rangkaian Charge Amplifier ................................. 3

2.2.1 Operational Amplifier (Op-Amp) .................................................... 4

2.2.2 Feedback Resistor ........................................................................... 6

2.2.3 Feedback Capacitor ........................................................................ 7

2.3 Prinsip Umum Rangkaian Charge Amplifier .............................................. 8

2.3.1 Penghitungan Penguatan Tegangan .................................................. 8

2.3.2 Pengaruh Time Constant dan Drift ................................................... 9

2.4 Aplikasi-Aplikasi Pendukung .................................................................. 10

3. PERANCANGAN RANGKAIAN CHARGE AMPLIFIER ........................ 11 3.1 Metode Simulasi ..................................................................................... 11

3.1.1 Pemodelan Rangkaian Charge Amplifier ....................................... 11

3.1.2 Pengujian Parameter Komponen Pada Rangkaian .......................... 12

3.1.2.1 Sumber Tegangan V1 ........................................................ 12

3.1.2.2 Kapasitor Cx ..................................................................... 12

3.1.2.3 Feedback Resistor R1 ........................................................ 13

3.1.2.4 Feedback Capacitor C1 ..................................................... 13

3.1.2.5 Operational Amplifier ....................................................... 13

3.1.3 Proses Simulasi Rangkaian ............................................................ 14

3.1.4 Pengolahan Data Hasil Simulasi .................................................... 17

3.2 Perancangan Uji Rangkaian Fisik ............................................................ 19

4. SIMULASI DAN UJI RANGKAIAN CHARGE AMPLIFIER .................. 21 4.1 Simulasi Rangkaian ................................................................................. 21


ix Universitas Indonesia

4.1.1 Hasil Simulasi ............................................................................... 21

4.1.1.1 Op-Amp Jenis TL071CD .................................................. 21

4.1.1.2 Op-Amp Jenis AD743JN ................................................... 22

4.1.1.3 Op-Amp Jenis OP27AJ ..................................................... 22

4.1.1.4 Op-Amp Jenis LF355AH .................................................. 23

4.1.1.5 Op-Amp Jenis LM741CN ................................................. 24

4.1.2 Analisis Hasil Simulasi .................................................................. 24

4.1.2.1 Analisis Perbandingan Bentuk Sinyal ................................ 24

4.1.2.2 Analisis Penguatan Tegangan Pada Rangkaian .................. 26

4.1.2.3 Analisis Sensitivitas Rangkaian ......................................... 33

4.1.2.4 Analisis Keseluruhan ........................................................ 35

... 4.2 Pengujian Rangkaian Fisik ...................................................................... 36

5. KESIMPULAN ............................................................................................ 39

DAFTAR REFERENSI ................................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 41

LAMPIRAN ..................................................................................................... 42


x Universitas Indonesia

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema Rangkaian Charge Amplifier ................................................. 4

Gambar 2.2 Contoh Model Operational Amplifier ............................................... 4

Gambar 3.1 Model Rangkaian Charge Amplifier Pada Aplikasi Multisim .......... 11

Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Simulasi Rangkaian Charge Amplifier ............ 15

Gambar 3.3 Contoh Simulasi Dengan Aplikasi Multisim ................................... 16

Gambar 3.4 Contoh Perancangan Layout PCB Menggunakan Aplikasi

Ultiboard ........................................................................................ 19

Gambar 4.1 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp TL071CD................ 21

Gambar 4.2 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp AD743JN ................ 22

Gambar 4.3 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp OP27AJ .................. 22

Gambar 4.4 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp LF355AH................ 23

Gambar 4.5 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp LM741CN .............. 24

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Penguatan Tegangan Untuk R1 = 1 MΩ

Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis TL071CD ........................... 27


Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis AD743JN ............................ 28


Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis OP27AJ .............................. 29


Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis LF355AH ........................... 30


Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis LM741CN ........................ 31


Dan C1 = 50 pF Pada Tiap Jenis Op-Amp .................................... 32

Gambar 4.12 Rangkaian Fisik Charge Amplifier ................................................ 36

Gambar 4.15 Contoh Sinyal Pada Oscilloscope Untuk Nilai Cx = 10 pF ............ 37


xi Universitas Indonesia

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Contoh Data Sinyal Tegangan pada Aplikasi Microsoft Excel ............ 17

Tabel 3.2 Contoh Pengolahan Data Hasil Simulasi Pada Aplikasi

Microsoft Excel .................................................................................. 18

Tabel 4.1 Karakteristik Arus Bias Input Pada Tiap Op-Amp .............................. 25

Tabel 4.2 Contoh Perbandingan Nilai Sinyal Output Dan Input Yang

Kurang Baik Pada Op-Amp Jenis LM741CN ..................................... 26

Tabel 4.3 Perbandingan Tingkat Penguatan Tegangan Untuk Tiap

Jenis Op-Amp .................................................................................... 32

Tabel 4.4 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis TL071CD ..................... 33

Tabel 4.5 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis AD743JN ..................... 34

Tabel 4.6 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis OP27AJ ........................ 34

Tabel 4.7 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis LF355AH ..................... 35

Tabel 4.8 Penguatan Tegangan Pada Rangkaian Percobaan ................................ 38


xii Universitas Indonesia

DAFTAR SINGKATAN

BiFET : Bipolar Field-Effect Transistor

FET : Field-Effect Transistor

JFET : Junction Gate Field-Effect Transistor

Op-Amp : Operational Amplifier


xiii Universitas Indonesia

DAFTAR LAMPIRAN

1. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis TL071CD .............................................. 42

2. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis AD743JN .............................................. 45

3. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis OP27AJ ................................................. 48

4. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis LF355AH .............................................. 52

5. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis LM741CN ............................................. 55

6. Bentuk Sinyal Output Pada Percobaan Rangkaian Fisik ................................. 59


1 Universitas Indonesia

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Untuk melakukan pengukuran suatu perubahan lingkungan fisik maupun

kimia dibutuhkan alat yang disebut sensor. Sensor ini berfungsi mengukur

perubahan-perubahan lingkungan yang terjadi untuk kemudian dikonversikan ke

dalam bentuk sinyal. Sinyal inilah yang kemudian akan dapat dibaca oleh

instrumen elektronika, sehingga pola-pola perubahan dari lingkungan tersebut

dapat diteliti.

Sensor kelembaban merupakan salah satu jenis sensor yang digunakan

untuk mengukur kelembaban dalam tanah. Sensor ini memiliki sinyal output

berupa sinyal dengan impedansi kapasitif yang tinggi [9]. Untuk mendapatkan

sinyal yang baik maka dibutuhkan alat untuk menghilangkan pengaruh impedansi

kapasitif tersebut. Rangkaian yang digunakan adalah rangkaian charge amplifier.

Rangkaian charge amplifier ini merupakan sebuah rangkaian sederhana

yang terdiri dari Op-Amp, resistor dan kapasitor. Rangkaian charge amplifier ini

digunakan sebagai rangkaian pembaca untuk sensor kelembaban kapasitif. Pada

skripsi ini akan dilakukan optimisasi untuk menentukan rangkaian charge

amplifier yang paling optimal. Untuk itu dilakukan simulasi untuk beberapa jenis

rangkaian charge amplifier, dengan nilai resistansi, kapasitansi maupun jenis Op-

Amp yang berbeda-beda. Simulasi ini diharapkan dapat memberikan suatu model

rangkaian charge amplifier yang optimal dan sesuai dengan spesifikasi yang

dibutuhkan oleh sensor kelembaban kapasitif. Hasil simulasi ini kemudian akan

dibandingkan dengan rangkaian fisik yang diujicoba, sehingga dapat dilihat

persentase tingkat kesalahan dari rangkaian.


2

Universitas Indonesia

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk mendapatkan suatu

rangkaian charge amplifier yang optimal sesuai dengan kebutuhan sensor, dalam

hal ini sensor kelembaban kapasitif. Parameter yang dilihat antara lain penguatan

tegangan, sensitivitas dan perbandingan bentuk sinyal.

1.3 Batasan Masalah

Pada skripsi ini, simulasi dan pengujian rangkaian charge amplifier

dibatasi oleh beberapa kondisi. Rangkaian yang disimulasikan harus sesuai

dengan spesifikasi dari sensor kelembaban kapasitif. Sensor memiliki nilai

tegangan output sebesar 3.3 V dengan frekuensi terendah 30 kHz. Sinyal yang

didapat harus sesuai dengan sinyal pada input dengan penguatan tegangan

rangkaian charge amplifier ≤ 1.

1.4 Sistematika Penulisan

Skripsi ini terdiri dari 5 bab. Bab 1 berupa pendahuluan, yang menjelaskan

mengenai latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika

penulisan. Bab 2 berisikan tentang dasar-dasar teori yang digunakan, antara lain

mengenai teori dasar charge amplifier, komponen-komponennya, bentuk sinyal

dan penguatan tegangan. Bab 3 menjelaskan tentang perancangan rangkaian

charge amplifier dan metode-metodenya, baik dari segi simulasi maupun

perancangan rangkaian fisik. Bab 4 membahas mengenai simulasi rangkaian yang

dilakukan dan analisisnya, serta pengujian rangkaian fisik sebagai pembanding

dengan rangkaian simulasi. Bab yang terakhir yaitu Bab 5 menjelaskan

kesimpulan yang didapat berdasarkan pembahasan-pembahasan pada bab-bab

sebelumnya.



BAB 2

DASAR TEORI

2.1 Rangkaian Charge Amplifier

Pada pengukuran sensor kelembaban kapasitif, sinyal output yang

dihasilkan sensor adalah suatu nilai muatan yang memiliki nilai impedansi

kapasitif. Impedansi kapasitif ini disebabkan oleh sifat kapasitif dari sensor. Oleh

karena itu sinyal terlebih dahulu akan diubah oleh rangkaian charge amplifier.

Rangkaian charge amplifier merupakan rangkaian amplifier yang

berfungsi untuk mengubah sinyal input berupa muatan dengan impedansi kapasitif

menjadi sinyal output berupa tegangan dengan impedansi yang rendah [1]. Setelah

sinyal melewati rangkaian charge amplifier maka sinyal akan dapat lebih mudah

diproses oleh instrumen-instrumen pengukur dibandingkan dengan sebelum

dikonversi.

2.2 Komponen-Komponen Rangkaian Charge Amplifier

Rangkaian charge amplifier merupakan rangkaian elektronika sederhana

yang terdiri dari tiga komponen utama [2], yaitu:

1. Operational Amplifier

2. Feedback resistor

3. Feedback capacitor

Rangkaian charge amplifier secara umum ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Rangkaian charge amplifier disusun seperti rangkaian integrator, dengan diberi

tambahan resistor yang disusun paralel dengan kapasitor (yaitu resistor Rf dan

kapasitor Cf) pada bagian feedback dari Op-Amp. Bagian input rangkaian

dihubungkan dengan sensor. Rangkaian ekivalen Thevenin dari sensor yang

digunakan direpresentasikan oleh sumber tegangan Voc dan kapasitor Cs. Kedua

komponen ini melambangkan nilai ouput sensor kelembaban kapasitif berupa

muatan dengan nilai impedansi kapasitif [2].


4


Gambar 2.1 Skema Rangkaian Charge Amplifier

2.2.1 Operational Amplifier (Op-Amp)

Operational Amplifier, atau disebut juga Op-Amp, adalah amplifier yang

memiliki penguatan tegangan yang sangat tinggi dengan input yang berimpedansi

tinggi (umumnya dalam MΩ) dan output yang berimpedansi rendah (lebih kecil

dari 100 Ohm) [3]. Komponen ini merupakan bagian terpenting dari rangkaian

charge amplifier, dimana fungsinya adalah untuk mengubah sinyal input yang

berasal dari sensor. Contoh model dari sebuah Op-Amp dapat dilihat pada

Gambar 2.2 di bawah ini.

Gambar 2.2 Contoh Model Operational Amplifier


5


Op-Amp yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Penguatan tegangan = ∞

Penguatan tegangan tak terhingga merupakan kondisi ideal yang sulit untuk

dicapai. Pada kenyataannya, Op-Amp memiliki nilai penguatan tegangan yang

sangat besar, dengan nilai penguatan mencapai 104.

2. Impedansi input = ∞

Impedansi input terletak di antara kedua kaki input Op-Amp dan idealnya

bernilai tak terhingga. Pada kenyataannya, nilai impedansi input sangat besar

dengan nilai > 10 MOhm.

3. Impedansi output = 0

Impedansi output terletak pada kaki output dari Op-Amp, dengan nilai ideal

adalah nol. Kenyataannya nilai impedansi output sangat kecil, dimana nilainya

< 500 Ohm.

4. Bandwidth = ∞

Bandwidth dari Op-Amp idealnya bernilai tak terhingga. Pada kenyataannya,

nilai bandwidth sangat besar, hingga mencapai 1 MHz.

5. Arus pada input = 0

Dalam kondisi ideal, arus pada kedua input Op-Amp bernilai 0. Arus tidak

mengalir karena terdapat hambatan yang sangat besar (tak terhingga) pada

input. Pada kenyataannya, terdapat arus yang sangat kecil mengalir dengan

nilai < 0.5 µA. Hal ini disebabkan karena adanya selisih nilai arus pada kedua

input.

6. Slew rate = ∞

Slew rate adalah suatu nilai maksimum dimana output dari amplifier dapat

berubah-ubah dalam satuan volt per mikrosekon (V/µs) [3]. Nilai yang

terdapat pada kenyataannya antara 0.2 hingga 20 V/µs.

7. Tegangan offset pada input = 0

Idealnya Op-Amp memiliki tegangan offset output sebesar 0 V apabila

diberikan input sebesar 0 V juga. Namun pada kenyataannya, terdapat

tegangan yang bernilai kecil pada output. Oleh karena itu, perlu diberikan

tegangan kompensasi pada input untuk mengonversi tegangan output menjadi


6


0 V, yang disebut tegangan offset input. Nilai tegangan ini umumnya berkisar

antara 1 hingga 15 mV [5].

8. Karakteristik tidak tergantung suhu

Dalam kondisi ideal, karakteristik dari Op-Amp tidak tergantung kepada suhu.

Akan tetapi pada kenyataannya, perubahan suhu akan mempengaruhi

karakteristik dari Op-Amp, dimana suhu yang semakin tinggi akan mengubah

karakteristik dari Op-Amp itu sendiri.

Op-Amp yang digunakan pada rangkaian charge amplifier umumnya

adalah Op-Amp dengan input FET. Hal ini dimaksudkan untuk meminimalkan

arus offset dan arus bias dari input. Arus offset dan arus bias pada input terjadi

karena perbedaan arus yang mengalir pada kedua input, sehingga terdapat

kenaikan arus. Kenaikan arus ini akan berakibat pada bertambahnya tingkat

kesalahan dari output yang dihasilkan [4]. Selain itu, Op-Amp yang digunakan

juga sebaiknya memiliki penguatan tegangan open-loop yang cukup tinggi,

supaya proses amplifying tidak dipengaruhi oleh kapasitansi dari sensor [1].

2.2.2 Feedback Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengatur arus

listrik. Besarnya arus yang mengalir pada sebuah rangkaian bergantung pada

besarnya resistor yang terpasang. Hal ini dapat dijelaskan oleh Hukum Ohm

seperti pada Persamaan (2.1).

V

IR

= (2.1)

keterangan:

I adalah arus yang mengalir (A)

V adalah tegangan sumber (V)

R adalah hambatan rangkaian (Ω)

Feedback resistor merupakan bagian dari feedback Op-Amp yang

dirangkai secara paralel dengan feedback capacitor. Resistor ini berfungsi

memberikan jalur DC untuk arus bias dan membatasi respons frekuensi rendah

dari rangkaian charge amplifier [7]. Jika pada rangkaian tidak terdapat feedback

resistor, maka tidak ada jalur DC untuk arus bias sehingga arus akan mengalir


7


melewati feedback capacitor. Hal ini menyebabkan timbulnya drift satu arah pada

bagian output dari Op-Amp.

Nilai dari feedback resistor ini harus cukup kecil untuk memastikan arus

bias tidak menyebabkan tegangan offset yang sangat besar pada output, namun di

sisi lain juga harus cukup besar untuk menghasilkan respons frekuensi rendah

yang cukup [4].

2.2.3 Feedback Capacitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan

muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan

ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Sebuah kapasitor terbuat dari 2

buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Nilai kapasitansi dari

kapasitor dipengaruhi oleh besarnya muatan elektron dan tegangan pada kapasitor

tersebut, seperti dituliskan pada Persamaan (2.2).

Q CV= (2.2)

keterangan:

Q adalah muatan elektron (C)

C adalah kapasitansi kapasitor (F)

Feedback capacitor merupakan bagian dari feedback Op-Amp yang

dirangkai secara paralel dengan feedback resistor. Feedback capacitor berfungsi

untuk menentukan besarnya tegangan output yang dihasilkan oleh rangkaian

charge amplifier. Muatan akan mengalir melewati feedback capacitor dan

kemudian dikonversi menjadi sebuah nilai tegangan untuk input Op-Amp [7].

Feedback capacitor yang digunakan untuk rangkaian charge amplifier

harus sangat stabil. Ketidakstabilan dari feedback capacitor akan mengakibatkan

munculnya gain drift. Feedback capacitor harus bersifat insulator dengan

resistansi yang tinggi untuk frekuensi rendah dan untuk aplikasi-aplikasi dengan

input muatan yang berubah secara signifikan maka harus diperhatikan faktor

absorpsi dielektrik bahan. Contoh jenis kapasitor yang dapat digunakan antara lain

polystyrene, polypropylene dan PTFE. Nilai yang umum untuk feedback capacitor

adalah antara 10 pF hingga 10 nF [4].


8


2.3 Prinsip Umum Rangkaian Charge Amplifier

Rangkaian charge amplifier bekerja berdasarkan prinsip rangkaian Op-

Amp integrator. Berdasarkan Gambar 2.1, sensor menghasilkan sinyal muatan

sebagai input dari rangkaian charge amplifier, dengan amplitudo tergantung pada

energi yang diukur. Dengan timbulnya muatan ini, potensial pada input rangkaian

charge amplifier meningkat dan pada saat bersamaan potensial dengan polaritas

berlawanan akan dihasilkan pada bagian output. Karena penguatan tegangan

open-loop dari amplifier cukup besar maka potensial pada output akan melewati

feedback loop, yaitu melewati feedback resistor. Hal ini menyebabkan potensial

input menjadi nol. Kemudian, pulsa sinyal muatan akan terintegrasi kepada

feedback capacitor dan output [1].

2.3.1 Penghitungan Penguatan Tegangan

Penguatan tegangan dari rangkaian inverting amplifier sederhana dapat

dituliskan dalam Persamaan (2.3).

1 1

F F

Vout Z Y

Vin Z Y= − = − (2.3)

keterangan:

1Z adalah impedansi pada input, 1 1/Z j Cs= ω (Ω)

FZ adalah impedansi pada bagian feedback loop, 1/F FZ j C= ω (Ω)

1Y adalah admitansi 11/ Z , sehingga 1Y j Cs= ω (S/Siemens)

FY adalah admitansi 1/ FZ , sehingga F FY j C= ω (S)

ω adalah frekuensi sudut (rad/s)

Rangkaian charge amplifier memiliki feedback berupa kapasitor dan

resistor, sehingga impedansi feedback-nya menjadi hubungan paralel antara FC

dan FR . Oleh karena itu, admitansi feedback-nya adalah:

F F FY G j C= + ω (2.4)

keterangan:

FG adalah konduktansi FR , sehingga 1/F FG R= (S)

Maka, penguatan tegangan dari rangkaian charge amplifier dapat diketahui

dengan melakukan substitusi nilai FY pada Persamaan (2.3) dengan nilai FY dari

Persamaan (2.4), sehingga menjadi Persamaan (2.5).


9


1FF F

F F

F F

Vout j Cs Cs j Cs

GVin G j R jC C

j C R

ω ω= − = − = −

+ ω + − ω ω

(2.5)

Pada frekuensi tinggi, dimana 1F FC Rω >> , Persamaan (2.5) akan menjadi:

F

Vout Cs

Vin C= − (2.6)

Kondisi tersebut merupakan kondisi ideal dari rangkaian charge amplifier

[2]. Nilai perbandingan yang didapat bernilai negatif, karena tegangan output

yang dihasilkan merupakan negatif dari tegangan input. Hal ini disebabkan

rangkaian amplifier yang berupa rangkaian inverting amplifier, dimana nilai

output berlawanan dengan nilai input.

Pada frekuensi rendah, dimana 1F FC Rω << , maka:

FVout

j CsRVin

= − ω (2.7)

2.3.2 Pengaruh Time Constant dan Drift

Ada beberapa faktor penting lainnya yang harus diperhatikan dalam

penggunaan rangkaian charge amplifier, yaitu time constant dan drift.

Time constant didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk

melakukan charge atau discharge dari sebuah rangkaian bolak-balik [6]. Pada

periode waktu selama satu periode time constant, nilai dari tegangan akan

berkurang hingga mencapai 37% dari nilai awalnya. Nilai ini didapat berdasarkan

nilai feedback resistor dan feedback capacitor, dengan persamaan seperti pada

Persamaan (2.6).

.F FC Rτ = (2.8)

keterangan:

τ adalah konstanta waktu (time constant)

Pada saat mempertimbangkan efek yang timbul karena time constant patut

diperhatikan pula hubungannya dengan domain frekuensi atau domain waktu.

Semakin panjang time constant yang dimiliki maka akan semakin baik pula

respons frekuensi rendahnya dan semakin panjang pula waktu pengukuran yang


10


dapat dilakukan [6]. Hubungan antara tegangan input maupun output terhadap

time constant dari rangkaian dapat dituliskan dengan Persamaan (2.7).

( )2

1

Vout f

Vin f

2π τ=

+ 2π τ

(2.9)

keterangan:

τ adalah konstanta waktu (time constant)

f adalah frekuensi dari sinyal (Hz)

Untuk pengukuran dengan pulsa yang lebar disarankan panjang dari time

constant setidaknya sepanjang 100 kali dari panjang waktu pengukuran. Hal ini

untuk mengantisipasi penurunan nilai dari sinyal yang dihasilkan. Apabila nilai

time constant terlalu kecil maka komponen DC dari sinyal output dapat

mengalami penurunan mendekati nol sebelum pengukuran selesai dilakukan [6].

Drift didefinisikan sebagai perubahan dari sinyal output menurut fungsi

waktu dan bukan merupakan fungsi dari variabel pengukuran. Drift merupakan

suatu kondisi yang timbul disebabkan oleh resistansi insulator yang rendah pada

bagian input rangkaian, ataupun karena arus bocor pada input FET dari Op-Amp.

Time constant dan drift secara bersamaan akan mempengaruhi output dari

rangkaian charge amplifier. Salah satunya akan bersifat dominan terhadap yang

lainnya, apakah output dari rangkaian charge amplifier akan mengalami drift ke

arah saturasi (power supply) menurut drift rate, ataupun output-nya akan

berkurang hingga nol menurut time constant rate [6].

2.4 Aplikasi-Aplikasi Pendukung

Ada 2 jenis aplikasi yang digunakan dalam melakukan simulasi dan

perancangan, yaitu Multisim dan Ultiboard.

Multisim merupakan aplikasi yang dikembangkan oleh National

Instruments dengan kemampuan melakukan perancangan dan simulasi rangkaian

elektronika berbasis SPICE milik Berkeley.

Ultiboard merupakan aplikasi yang juga dikembangkan oleh National

Instruments dengan kemampuan melakukan desain layout PCB dengan tingkat

presisi yang tinggi dan memudahkan dalam melakukan fabrikasi.



BAB 3

PERANCANGAN RANGKAIAN CHARGE AMPLIFIER

3.1 Metode Simulasi

Langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan rangkaian antara lain

meliputi pemodelan rangkaian charge amplifier pada aplikasi Multisim, pengujian

komponen rangkaian charge amplifier, pelaksanaan proses simulasi dan

pengolahan data hasil simulasi.

3.1.1 Pemodelan Rangkaian Charge Amplifier

Sebelum melakukan simulasi model rangkaian dibuat terlebih dahulu pada

aplikasi Multisim. Model rangkaian charge amplifier yang digunakan dapat

dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Model Rangkaian Charge Amplifier Pada Aplikasi Multisim


12


Model rangkaian dibuat berdasarkan skema rangkaian charge amplifier

secara umum. Rangkaian terdiri dari tiga bagian, yaitu input, amplifier dan output.

Bagian input terdiri dari sumber tegangan bolak-balik V1 dan kapasitor Cx yang

dirangkai seri. Kedua komponen ini mewakili output dari sensor. Bagian amplifier

terdiri dari feedback capacitor C1 dan feedback resistor R1 yang disusun paralel,

serta sebuah Op-Amp. Bagian output terdiri dari sebuah oscilloscope, yang

berfungsi untuk melihat sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian.

Oscilloscope ini juga terhubung dengan sumber tegangan V1 pada input

rangkaian. Hal ini bertujuan untuk membandingkan sinyal tegangan pada input

dan output dari rangkaian.

3.1.2 Pengujian Parameter Komponen Pada Rangkaian

Setelah dibentuk rangkaian yang akan disimulasikan maka langkah

selanjutnya adalah menguji komponen-komponen yang digunakan pada

rangkaian. Parameter-parameter pengujian komponen ditentukan berdasarkan

spesifikasi dari sensor yang digunakan dan output yang diinginkan.

3.1.2.1 Sumber Tegangan V1

Pada simulasi yang dilakukan tegangan sumber arus bolak-balik telah

ditentukan nilainya dan bernilai sama untuk setiap percobaan simulasi, yaitu

sebesar 3.3 V pada tegangan puncaknya (Vp) dan memiliki frekuensi 30 kHz.

Nilai ini merupakan nilai tegangan dan frekuensi yang dihasilkan oleh output

sensor kelembaban kapasitif.

3.1.2.2 Kapasitor Cx

Pada simulasi yang dilakukan nilai dari kapasitor Cx akan diubah-ubah

untuk setiap percobaan simulasi. Range nilai yang diambil adalah antara 1 hingga

50 pF. Nilai ini merupakan nilai kapasitansi yang dihasilkan oleh output sensor,

dimana nilainya akan berubah-ubah menurut kondisi tanah pada saat pengukuran.

Untuk simulasi ini diambil nilai Cx sebanyak 8 sampel, yaitu sebesar 1 pF, 3 pF, 5

pF, 10 pF, 15 pF, 20 pF, 25 pF dan 50 pF. Pengambilan data ini dimaksudkan

untuk mengujicoba kehandalan rangkaian dalam mengantisipasi nilai impedansi


13


yang berubah-ubah pada input. Sinyal output yang dihasilkan dapat terlihat

bentuknya, apakah bentuknya masih sesuai dengan input atau telah berubah.

3.1.2.3 Feedback Resistor R1

Nilai dari feedback resistor R1 akan diubah-ubah pada simulasi yang

dilakukan. Nilai resistansi yang diambil sebagai sampel sebanyak 5 sampel,

dengan nilai 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ, 1 MΩ dan 10 MΩ. Pengambilan data ini

dimaksudkan untuk menentukan parameter nilai resistansi feedback resistor yang

sesuai untuk rangkaian charge amplifier.

3.1.2.4 Feedback Capacitor C1

Seperti pada feedback resistor R1, nilai dari feedback capacitor C1 juga

akan diubah-ubah pada simulasi yang dilakukan. Nilai kapasitansi yang digunakan

sebagai sampel berjumlah 6 sampel, dengan nilai 5 pF, 10 pF, 15 pF, 20 pF, 25 pF

dan 50 pF. Pengambilan data ini dimaksudkan untuk menentukan parameter nilai

kapasitansi feedback capacitor yang sesuai untuk rangkaian charge amplifier.

3.1.2.5 Operational Amplifier

Simulasi yang dilakukan menggunakan 5 buah jenis Op-Amp yang

berbeda-beda. Pemilihan jenis Op-Amp dilakukan berdasarkan jenis-jenis Op-

Amp yang banyak dijual di pasaran, dengan pertimbangan lebih mudah dalam

mencari produk yang dimaksud. Selain itu dipertimbangkan juga jenis Op-Amp

yang banyak digunakan untuk rangkaian charge amplifier dengan berdasarkan

literatur-literatur yang telah ada [7].

Jenis-jenis Op-Amp yang digunakan antara lain:

1) Op-Amp jenis TL071CD

Merupakan Op-Amp dengan input JFET, memiliki spesifikasi input

bias dan arus offset yang rendah serta slew rate yang tinggi. Ideal

untuk aplikasi audio preamplifier dan aplikasi dengan tingkat

ketepatan tinggi karena distorsi harmonik dan noise yang rendah.


14


2) Op-Amp jenis AD743JN

Merupakan Op-Amp yang presisi dengan input BiFET dan noise yang

sangat rendah. Memberikan kombinasi noise tegangan yang sangat

rendah dengan input bipolar dan arus input yang sangat rendah dari

input FET. Ideal untuk aplikasi yang sensitif terhadap muatan.

3) Op-Amp jenis OP27AJ

Merupakan Op-Amp yang presisi dan mengombinasikan offset dan

drift yang rendah dengan kecepatan tinggi dan noise yang rendah. Ideal

untuk aplikasi instrumentasi yang membutuhkan tingkat presisi yang

tinggi dan pilihan yang baik untuk aplikasi audio professional.

4) Op-Amp jenis LF355AH

Merupakan Op-Amp dengan input JFET, memiliki input bias dan arus

offset yang rendah, serta bandwidth yang lebar dan slew rate tinggi.

Banyak digunakan pada aplikasi analog-to-digital converter maupun

digital-to-analog converter dan cocok untuk buffer berimpedansi

tinggi.

5) Op-Amp jenis LM741CN

Merupakan Op-Amp yang banyak digunakan untuk keperluan umum,

memiliki proteksi pada input dan output-nya jika terjadi kelebihan

beban serta bebas dari terjadinya osilasi, membuat aplikasi terlindung

dari kesalahan yang dapat terjadi.

Dari kelima jenis Op-Amp tersebut akan dipilih jenis Op-Amp yang

memiliki kemampuan sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan untuk rangkaian

charge amplifier.

3.1.3 Proses Simulasi Rangkaian

Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah melakukan simulasi rangkaian

pada aplikasi Multisim dan mengolah data yang didapatkan dari simulasi.

Tahapan-tahapan yang dilaksanakan dalam proses simulasi dapat dilihat melalui

diagram alir pada Gambar 3.2.


15


Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Simulasi Rangkaian Charge Amplifier

Mulai

Menentukan jenis

Op-Amp yang

akan diuji

Menentukan nilai

R1 yang

akan diuji

Menentukan nilai

C1 yang

akan diuji

Menentukan nilai

Cx yang

akan diuji

Simulasi Mencatat Hasil

Simulasi

Apakah setiap

nilai Cx telah

diuji?

Selesai

Belum

Sudah

Belum

Belum

Belum

Sudah

Sudah

Sudah

Apakah setiap

nilai C1 telah

diuji?

Apakah setiap

nilai R1 telah

diuji?

Apakah setiap

jenis Op-Amp

telah diuji?


16


Simulasi diawali dengan pemilihan jenis Op-Amp yang akan diujikan. Satu

jenis Op-Amp dipilih dari 5 jenis Op-Amp yang telah disebutkan sebelumnya.

Langkah selanjutnya adalah menentukan nilai R1. Nilai R1 dipilih dari 5 sampel

yang akan diujikan. Untuk memudahkan, nilai R1 diambil mulai dari nilai yang

terkecil, yaitu 1 kΩ. Kemudian, nilai yang ditentukan selanjutnya adalah nilai C1.

Nilai C1 dipilih dari 6 sampel yang telah ditentukan dan diambil mulai dari yang

terkecil, yaitu 5 pF. Setelah ketiga parameter tersebut, parameter berikut yang

akan ditentukan adalah nilai Cx. Nilai Cx ini merupakan parameter dari output

sensor, sehingga penentuan parameternya dilakukan setelah ketiga komponen

utama dari rangkaian. Untuk memudahkan maka diambil mulai dari nilai terkecil

seperti parameter yang lain, dalam hal ini dipilih nilai 1 pF. Selanjutnya,

rangkaian disimulasikan pada aplikasi Multisim dan dilihat sinyal input dan

output yang dihasilkan pada oscilloscope. Contoh simulasi rangkaian pada

aplikasi Multisim dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Contoh Simulasi Dengan Aplikasi Multisim

Setelah simulasi dilakukan, data sinyal yang didapat kemudian dicatat.

Aplikasi Multisim memiliki fitur untuk mengekspor data sinyal yang terdapat

pada oscilloscope kepada aplikasi lainnya, yaitu aplikasi Microsoft Excel. Data


17


yang dihasilkan berupa data diskrit dari sinyal tegangan yang diekspor. Contoh

data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Contoh Data Sinyal Tegangan Pada Aplikasi Microsoft Excel

Tabel tersebut menunjukkan sinyal diskrit dari tegangan input dan output

yang dihasilkan untuk 5 data pertama. Channel A mewakili tegangan input dan

Channel B mewakili tegangan output. X--Trace mewakili variabel nilai pada

sumbu X, yaitu fungsi waktu dalam satuan s. Y--Trace mewakili variabel nilai

pada sumbu Y, yaitu nilai tegangan dalam satuan V.

Setelah data hasil simulasi dicatat, langkah selanjutnya adalah melihat

apakah pengujian telah dilakukan untuk setiap nilai Cx. Jika belum, maka

simulasi dilanjutkan dengan nilai Cx yang berbeda hingga seluruh nilai Cx

disimulasikan. Kemudian, parameter yang dilihat adalah secara berturut-turut C1,

R1 dan Op-Amp, apakah telah dilakukan pengujian untuk seluruh sampel. Apabila

seluruh sampel telah diuji maka proses pengambilan data simulasi telah selesai

dilakukan.

3.1.4 Pengolahan Data Hasil Simulasi

Tahap selanjutnya yang dilakukan adalah mengolah data yang didapat dari

hasil simulasi. Data yang diperoleh adalah berupa data sinyal diskrit pada aplikasi

Microsoft Excel. Untuk mendapatkan perbandingan antara sinyal output dan

sinyal input dapat digunakan rumus normalisasi seperti pada Persamaan (3.1) [9].

(3.1)

X--Trace 1::

[Channel A]

Y--Trace 1::

[Channel A]

X--Trace 2::

[Channel B]

Y--Trace 2::

[Channel B]

0 0 0 0

2.08E-08 0.012959 2.08E-08 -8.1E-06

2.4E-08 0.014919 2.4E-08 -2.3E-05

3.03E-08 0.01884 3.03E-08 -6E-05

4.29E-08 0.02668 4.29E-08 -0.00015

1

( 1)

( )( )

n

i

Vi ti t i

VnormalizeVmaks T

=

− −

=

∑


18


keterangan:

Vnormalize adalah tegangan yang telah dinormalisasi

Vmaks adalah tegangan maksimum/tegangan puncak dari sinyal (V)

T adalah periode dari sinyal tegangan (s)

Vi adalah nilai tegangan pada saat ti (V)

Dari nilai yang dinormalisasi tersebut dapat diperoleh perbandingan sinyal

output dengan sinyal input berdasarkan Persamaan (3.2). Nilai rasio yang baik

adalah yang mendekati nilai 1 [9].

(3.2)

Untuk menentukan penguatan tegangan dari rangkaian charge amplifier

dapat digunakan perbandingan antara tegangan puncak dari output dan input,

seperti dituliskan dalam Persamaan (3.3).

(3.3)

keterangan:

Av adalah penguatan tegangan rangkaian

Setiap data yang diperoleh dicari nilai penguatan tegangan dan rasio

perbandingan bentuk sinyal output dan input-nya. Nilai kedua parameter ini

kemudian akan dilihat dan dibandingkan untuk menentukan rangkaian yang paling

optimal dari seluruh data simulasi. Salah satu contoh perhitungan yang dilakukan

dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Contoh Pengolahan Data Hasil Simulasi Pada Aplikasi Microsoft Excel

Cx R1 = 1 kΩ C1 = 5 pF

Vout/Vin Av

1 1.0048756 0.0001911

3 1.0028865 0.0005724

5 0.9916670 0.0009547

10 0.9975619 0.0019085

15 1.0094168 0.0028623

20 0.9936834 0.0038327

25 0.9876976 0.0047964

50 1.0003354 0.0095360

Vout Voutnormalize

Vin Vin=

VoutAv maks

Vin=


19


Tabel 3.2 menunjukkan contoh data simulasi untuk Op-Amp jenis

TL071CD dengan parameter R1 = 1 kΩ dan C1 = 5 pF. Nilai Cx diubah-ubah

antara 1 hingga 50 pF. Nilai Vout/Vin merupakan nilai perbandingan sinyal

output dengan sinyal input, sedangkan nilai Av merupakan nilai penguatan

tegangan dari rangkaian.

3.2 Perancangan Uji Rangkaian Fisik

Selain melakukan simulasi rangkaian dilakukan juga pengujian rangkaian

fisik. Rangkaian fisik dibuat pada PCB dan kemudian diujicoba. Hasil yang

didapat akan dibandingkan dengan hasil yang didapat dari proses simulasi, untuk

dilihat tingkat keakuratan dari rangkaian fisik yang telah dibuat.

Dalam melakukan perancangan ini digunakan aplikasi Ultiboard untuk

memudahkan pembuatan layout PCB. Model rangkaian yang telah dibuat pada

aplikasi Multisim diekspor ke dalam aplikasi Ultiboard. Layout yang dihasilkan

berupa rancangan kasar dan komponen-komponen rangkaiannya belum terhubung

dengan benar. Layout pada Ultiboard tersebut kemudian diperbaiki agar antara

komponen satu dan yang lainnya terhubung dengan benar. Contoh perancangan

yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Contoh Perancangan Layout PCB Menggunakan Aplikasi Ultiboard


20


Setelah perancangan layout pada aplikasi Ultiboard selesai maka hasil

rancangan dicetak ke dalam PCB, supaya jalur-jalur rangkaian dapat dibuat dan

komponen-komponen rangkaian dapat disolder. Komponen-komponen yang

dihubungkan ke PCB antara lain resistor dan kapasitor sebagai bagian feedback,

serta Op-Amp sebagai komponen utama rangkaian. Op-Amp dihubungkan dengan

suplai tegangan Vcc yang berasal dari catu daya eksternal. Input rangkaian

dihubungkan dengan RC generator yang dirangkai seri dengan kapasitor, sebagai

rangkaian pengganti sensor. RC generator merupakan alat penghasil sinyal

tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang dapat diubah-ubah. Output rangkaian

dihubungkan dengan oscilloscope untuk melihat sinyal yang dihasilkan.

Oscilloscope ini juga terhubung dengan input, seperti pada simulasi yang

dilakukan. Apabila rangkaian dinyalakan maka akan terlihat bentuk sinyal input

dan output pada tampilan oscilloscope.



BAB 4

SIMULASI DAN UJI RANGKAIAN CHARGE AMPLIFIER

4.1 Simulasi Rangkaian

Simulasi dilakukan sesuai dengan metode simulasi hingga didapatkan

data-data untuk tiap percobaan. Data-data tersebut kemudian dianalisis secara

keseluruhan dengan membandingkan karakteristik tiap data.

4.1.1 Hasil Simulasi

Data-data yang diperoleh dari hasil simulasi berbentuk tabel yang

menunjukkan hasil pengolahan data simulasi berupa perbandingan sinyal output

dan input serta penguatan tegangan. Tabel-tabel yang berisi data-data percobaan

tersebut dapat dilihat pada bagian lampiran.

4.1.1.1 Op-Amp Jenis TL071CD

Gambar 4.1 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp TL071CD

Data-data yang diperoleh menunjukkan nilai perbandingan antara sinyal

output dengan sinyal input berkisar antara 0.899 hingga 1.368. Sementara itu,

nilai penguatan tegangannya memiliki range antara 0.00019 hingga 5.05 kali.


22


4.1.1.2 Op-Amp Jenis AD743JN

Gambar 4.2 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp AD743JN

Data-data yang diperoleh menunjukkan nilai perbandingan antara sinyal

output dan sinyal input dengan range 0.708 hingga 1.029. Sementara untuk nilai

penguatan tegangannya berkisar antara 0.00018 hingga 5.72 kali.

4.1.1.3 Op-Amp Jenis OP27AJ

Gambar 4.3 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp OP27AJ


23


Data-data yang diperoleh menunjukkan perbandingan sinyal output dan

sinyal input dengan range nilai 0.678 hingga 1. Tingkat penguatan tegangan yang

didapatkan berkisar antara 0.00019 hingga 5.17 kali.

4.1.1.4 Op-Amp Jenis LF355AH

Gambar 4.4 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp LF355AH


sinyal input dengan range nilai 0.898 hingga 1.024. Data yang didapat tidak

berbeda jauh dengan data untuk simulasi Op-Amp TL071CD. Sementara itu,

penguatan tegangan yang didapatkan berkisar antara 0.00019 hingga 5.68 kali.

Nilai penguatan tegangan yang didapatkan mendekati nilai penguatan pada Op-

Amp AD743JN.


24


4.1.1.5 Op-Amp Jenis LM741CN

Gambar 4.5 Contoh Rangkaian Simulasi Dengan Op-Amp LM741CN


sinyal input dengan range nilai 0.655 hingga 1.025. Tingkat penguatan tegangan

yang didapatkan berkisar antara 0.00019 hingga 1.13 kali.

4.1.2 Analisis Hasil Simulasi

Analisis terhadap hasil simulasi ini dilakukan untuk beberapa aspek, di

antaranya perbandingan bentuk sinyal output terhadap input, penguatan tegangan

dan sensitivitas rangkaian.

4.1.2.1 Analisis Perbandingan Bentuk Sinyal

Bentuk sinyal output dari sebuah rangkaian charge amplifier dipengaruhi

oleh jenis dari Op-Amp yang dipakai. Op-Amp yang umum digunakan pada

rangkaian charge amplifier adalah Op-Amp dengan input FET. Rangkaian charge

amplifier bekerja dengan mengintegrasikan arus input dengan kapasitor, sehingga

arus bias pada input harus dibuat sekecil mungkin. Op-Amp dengan input FET

memiliki arus bias input yang kecil, sehingga akan menghasilkan tingkat


25


kesalahan yang relatif kecil. Besarnya arus bias input pada tiap-tiap Op-Amp


Tabel 4.1 Karakteristik Arus Bias Input Pada Tiap Op-Amp

Jenis Op-Amp Input FET Arus Bias Input

TL071CD JFET nilai umum = 65 pA, nilai maks = 200 pA (T = 25 C°)

nilai maks = 7 nA (T lainnya)

AD743JN BiFET nilai umum = 150 pA, nilai maks = 400 pA (T = 25 C°)

nilai maks = 8.8 nA (T lainnya)

OP27AJ - nilai umum = 10 nA, nilai maks = 40 nA

LF355AH JFET nilai umum = 30 pA, nilai maks = 200 pA (T = 25 C°)

nilai maks = 8 nA (T lainnya)

LM741CN - nilai umum = 80 nA, nilai maks = 500 nA (T = 25 C°)

nilai maks = 0.8 µA (T lainnya)

Data tersebut menunjukkan bahwa Op-Amp dengan input FET memiliki

nilai arus bias input yang lebih kecil dibandingkan dengan Op-Amp dengan input

bukan FET. Nilai terkecil dimiliki oleh Op-Amp jenis LF355AH, diikuti

TL071CD, AD743JN, OP27AJ dan terakhir LM741CN. Hal ini berpengaruh

terhadap bentuk sinyal output yang akan dihasilkan. Data simulasi yang didapat

menunjukkan kecenderungan seperti penjelasan di atas. Nilai perbandingan sinyal

output dan sinyal input yang baik secara keseluruhan dimiliki oleh Op-Amp

dengan input FET. Untuk Op-Amp jenis OP27AJ ada beberapa nilai yang kurang

baik, tetapi secara keseluruhan cukup baik sehingga masih dapat digunakan untuk

rangkaian charge amplifier. Nilai perbandingan di bawah standar terdapat pada

Op-Amp jenis LM741CN, dimana banyak data hasil simulasi yang kurang

memenuhi syarat. Oleh karena itu, Op-Amp jenis ini kurang baik untuk digunakan

dalam rangkaian charge amplifier. Contoh perbandingan sinyal output dan input

yang kurang memenuhi syarat dari Op-Amp jenis LM741CN ditunjukkan pada

Tabel 4.2.


26


Tabel 4.2 Contoh Perbandingan Nilai Sinyal Output Dan Input Yang Kurang Baik

Pada Op-Amp Jenis LM741CN

Cx R1 = 10 MΩ C1 = 5 pF

Vout/Vin Av

1 0.9525189 0.1882340

3 0.9377909 0.5484677

5 0.8552714 0.7397880

10 0.6900980 0.9769228

15 0.6944117 1.0277931

20 0.6661190 1.1316739

25 0.7639566 0.9072952

50 0.8250400 0.9194538

Perbandingan Vout/Vin pada saat Cx = 5 pF hingga Cx = 50 pF bernilai

lebih kecil dari 0.9, sehingga bentuk sinyal output-nya tidak sesuai dengan sinyal

input-nya.

4.1.2.2 Analisis Penguatan Tegangan Pada Rangkaian

Penguatan tegangan yang diinginkan dari rangkaian charge amplifier yang

dibuat adalah ≤ 1. Dengan kata lain, tegangan output yang dihasilkan oleh

rangkaian memiliki nilai maksimum sebesar tegangan input, dimana nilainya

adalah 3.3 V. Analisis untuk tiap-tiap jenis Op-Amp yang diujikan dapat dilihat

pada penjelasan berikut.

a) Op-Amp jenis TL071CD

Data-data yang diperoleh untuk Op-Amp jenis ini menunjukkan nilai

penguatan tegangan yang tidak memenuhi syarat untuk R1 = 1 kΩ dan R1 = 10

kΩ. Nilai penguatan tegangan sangat kecil, dimana nilainya tidak mencapai 0.1

kali. Hal ini disebabkan karena nilai 1F FC Rω << , sehingga nilai penguatan

tegangan rangkaian akan sama dengan Persamaan (2.7). Penguatan tegangan yang

ideal adalah ketika 1F FC Rω >> , sehingga persamaan penguatan tegangan sesuai

Persamaan (2.6).

Nilai penguatan tegangan untuk tiap nilai Cx tidak berubah walaupun nilai

C1 mengalami peningkatan hingga 50 pF dan R1 berubah menjadi 10 kΩ. Kondisi

ini dikarenakan nilai perubahan yang sangat kecil sehingga nilai F FC Rω belum


27


mencapai 1. Saat R1 = 100 kΩ, nilai F FC Rω juga belum mencapai 1 untuk range

nilai Cx 1 hingga 50 pF, sehingga data penguatan tegangan saat R1 = 100 kΩ

dianggap kurang memenuhi syarat. Data yang cukup sesuai terdapat pada saat R1

= 1 MΩ dan R1 = 10 MΩ, dimana nilai F FC Rω ≥ 1. Grafik yang menunjukkan

perbandingan penguatan tegangannya dapat dilihat pada Gambar 4.6.


Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis TL071CD

Dari grafik tersebut, dapat dilihat bahwa semakin besar nilai C1 maka akan

semakin kecil nilai penguatan tegangan. Hal ini sesuai dengan Persamaan (2.6),

dimana nilai penguatan tegangan berbanding terbalik dengan nilai C1. Nilai yang

paling baik pada grafik yaitu pada saat R1 = 10 MΩ dan C1 = 50 pF. Pada saat itu

grafik berada di bawah nilai 1, menandakan penguatan maksimalnya bernilai 1.

b) Op-Amp jenis AD743JN

Op-Amp memiliki karakteristik yang sama untuk R1 di bawah 1 MΩ.

Penguatan tegangan untuk R1 dengan nilai 1 kΩ, 10 kΩ dan 100 kΩ kurang

memenuhi syarat yang telah ditentukan. Perbandingan penguatan tegangan


28


dilakukan untuk nilai R1 sebesar 1 MΩ dan 10 MΩ. Grafik perbandingan dapat



Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis AD743JN

Nilai yang paling baik berada pada saat R1 = 10 MΩ dan C1 = 50 pF. Pada

saat itu grafik berada di bawah nilai 1, sehingga penguatan maksimal bernilai 1.

c) Op-Amp jenis OP27AJ

Perbandingan penguatan tegangan yang memenuhi syarat terdapat pada

nilai R1 sebesar 1 MΩ dan 10 MΩ, sama seperti pada Op-Amp sebelumnya.

Grafik perbandingannya dapat dilihat pada Gambar 4.8.


29



Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis OP27AJ

Seperti pada jenis-jenis Op-Amp sebelumnya, nilai yang paling baik

berada saat R1 = 10 MΩ dan C1 = 50 pF. Pada saat itu grafik berada di bawah nilai

1, sehingga penguatan maksimal bernilai 1.

d) Op-Amp jenis LF355AH

Seperti pada jenis-jenis Op-Amp yang sebelumnya, perbandingan

penguatan tegangan yang memenuhi syarat terdapat pada nilai R1 sebesar 1 MΩ

dan 10 MΩ. Grafik perbandingannya dapat dilihat pada Gambar 4.9.


30



Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis LF355AH

Nilai yang paling baik berada saat R1 = 10 MΩ dan C1 = 50 pF seperti

pada jenis-jenis Op-Amp sebelumnya. Pada saat itu grafik berada di bawah nilai

1, sehingga penguatan maksimal akan bernilai 1.

e) Op-Amp jenis LM741CN

Op-Amp jenis ini memiliki nilai penguatan tegangan yang tidak memenuhi

syarat yang diinginkan, dimana nilainya akan berkurang seiring dengan

memburuknya sinyal tegangan output yang dihasilkan. Grafik perbandingan

penguatan tegangan pada saat R1 sebesar 1 MΩ dan 10 MΩ ditunjukkan pada

Gambar 4.10.


31



Dan R1 = 10 MΩ Pada Op-Amp Jenis LM741CN

Grafik yang didapat menunjukkan nilai penguatan tegangan yang tidak

stabil, dimana terjadi fluktuasi nilai untuk beberapa jenis data. Ada beberapa data

dengan grafik berada di bawah nilai 1, akan tetapi grafik yang dihasilkan tidak

bersifat linier. Keadaan ini menegaskan kekurangan dari jenis Op-Amp ini untuk

digunakan pada rangkaian charge amplifier.

Berdasarkan keseluruhan analisis penguatan tegangan untuk tiap jenis Op-

Amp, dapat dilihat bahwa seluruh Op-Amp memiliki tingkat penguatan tegangan

yang baik pada saat nilai R1 = 10 MΩ dan C1 = 50 pF. Pengecualian dilakukan

untuk Op-Amp jenis LM741CN yang kurang cocok untuk rangkaian charge

amplifier. Perbandingan antara tiap-tiap jenis Op-Amp pada kondisi tersebut dapat



32



Dan C1 = 50 pF Pada Tiap Jenis Op-Amp

Tingkat penguatan tegangan yang paling mendekati spesifikasi yang

diinginkan yaitu pada Op-Amp jenis TL071CD, OP27AJ dan LF355AH, dimana

tingkat kesalahan dari penguatan tegangannya cukup kecil. Tabel perbandingan


Tabel 4.3 Perbandingan Tingkat Penguatan Tegangan Untuk Tiap Jenis Op-Amp

Cx

(pF)

C1 = 50 pF TL071CD AD743JN OP27AJ

Av hit Av sim % error Av sim % error Av sim % error

1 0.02 0.0202 0.0197 0.0205 0.0528 0.0205 0.0523

3 0.06 0.0606 0.0580 0.0614 0.1429 0.0614 0.1414

5 0.10 0.1010 0.1042 0.1024 0.2420 0.1009 0.0931

10 0.20 0.2020 0.1960 0.2048 0.4808 0.2020 0.1958

15 0.30 0.3030 0.2993 0.3070 0.7033 0.3028 0.2817

20 0.40 0.4040 0.3973 0.4092 0.9157 0.4037 0.3665

25 0.50 0.5049 0.4936 0.5111 1.1080 0.5053 0.5267

50 1.00 1.0093 0.9270 1.0354 3.5379 1.0096 0.9563


33


Cx

(pF)

C1 = 50 pF LF355AH LM741CN

Av hit Av sim % error Av sim % error

1 0.02 0.0202 0.0201 0.0204 0.0368

3 0.06 0.0606 0.0562 0.0611 0.1132

5 0.10 0.1010 0.1010 0.1018 0.1808

10 0.20 0.2021 0.2121 0.2026 0.2601

15 0.30 0.3030 0.3017 0.3061 0.6099

20 0.40 0.4039 0.3921 0.4079 0.7859

25 0.50 0.5050 0.4953 0.5074 0.7405

50 1.00 1.0101 1.0069 0.8569 14.3088

Dapat terlihat bahwa persentase kesalahan untuk ketiga jenis Op-Amp

tersebut bernilai ≤ 1 %. Sementara itu, Op-Amp jenis AD743JN memiliki tingkat

kesalahan maksimum sebesar 3.5379 % dan Op-Amp jenis LM741CN memiliki

tingkat kesalahan maksimum sebesar 14.309 %.

4.1.2.3 Analisis Sensitivitas Rangkaian

Faktor penting lainnya dalam sebuah rangkaian charge amplifier adalah

sensitivitas. Sensitivitas merupakan nilai input minimum dimana output yang

dihasilkan akan dapat dideteksi. Sensitivitas diukur berdasarkan kondisi-kondisi

optimal dari rangkaian charge amplifier yang didapatkan pada analisis

sebelumnya, yaitu rangkaian dengan R1 = 10 MΩ dan C1 = 50 pF.

a) Op-Amp jenis TL071CD

Tabel 4.4 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis TL071CD

Cx Vout ∆V

10 pf 0.677933 0.0000000

10.001 pf 0.678001 0.0000680

10.01 pf 0.678617 0.0006840

10.1 pf 0.684838 0.0069050

20 pf 1.347091 0.0000000

20.001 pf 1.347157 0.0000660

20.01 pf 1.347748 0.0006570

20.1 pf 1.353654 0.0065630


34


keterangan:

∆V adalah selisih nilai Vout terhadap nilai Cx referensi, yaitu 10 pF atau 20 pF.

b) Op-Amp jenis AD743JN

Tabel 4.5 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis AD743JN

Cx Vout ∆V

10 pf 0.671488 0.0000000

10.001 pf 0.671555 0.0000670

10.01 pf 0.672156 0.0006680

10.1 pf 0.678167 0.0066790

20 pf 1.335346 0.0000000

20.001 pf 1.335412 0.0000660

20.01 pf 1.336005 0.0006590

20.1 pf 1.341938 0.0065920

c) Op-Amp jenis OP27AJ

Tabel 4.6 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis OP27AJ

Cx Vout ∆V

10 pf 0.666246 0.0000000

10.001 pf 0.666313 0.0000670

10.01 pf 0.666918 0.0006720

10.1 pf 0.672959 0.0067130

20 pf 1.318442 0.0000000

20.001 pf 1.318504 0.0000620

20.01 pf 1.319069 0.0006270

20.1 pf 1.324711 0.0062690


35


d) Op-Amp jenis LF355AH

Tabel 4.7 Pengukuran Sensitivitas Pada Op-Amp Jenis LF355AH

Cx Vout ∆V

10 pf 0.655991 0.0000000

10.001 pf 0.656049 0.0000580

10.01 pf 0.656577 0.0005860

10.1 pf 0.661847 0.0058560

20 pf 1.309611 0.0000000

20.001 pf 1.309679 0.0000680

20.01 pf 1.310291 0.0006800

20.1 pf 1.31642 0.0068090

Pada pengukuran sensitivitas untuk setiap Op-Amp dapat dilihat bahwa

nilai Vout mengalami perubahan ketika nilai Cx diubah dalam satuan femtofarad

(fF = 0.001 pF). Hal ini menunjukkan nilai sensitivitas yang baik dari tiap-tiap

Op-Amp. Perlu dicatat bahwa Op-Amp LM741CN tidak diikutsertakan dalam

pengukuran karena Op-Amp tersebut kurang ideal untuk rangkaian charge

amplifier.

4.1.2.4 Analisis Keseluruhan

Dari analisis-analisis yang telah dilakukan, dapat dilihat jenis-jenis Op-

Amp yang cukup ideal untuk rangkaian charge amplifier yang diinginkan. Dalam

aspek perbandingan bentuk sinyal output dan input, Op-Amp jenis TL071CD,

AD743JN dan LF355AH merupakan jenis Op-Amp yang memenuhi spesifikasi

yang diinginkan. Dalam aspek penguatan tegangan, jenis Op-Amp yang

memenuhi spesifikasi adalah Op-Amp jenis TL071CD, OP27AJ dan LF355AH.

Sementara dalam aspek sensitivitas, semua jenis Op-Amp memenuhi spesifikasi

yang diinginkan.

Dapat dilihat bahwa Op-Amp jenis TL071CD dan LF355AH memenuhi

spesifikasi-spesifikasi yang diinginkan, sehingga dapat disimpulkan kedua Op-

Amp tersebut merupakan jenis Op-Amp yang cukup ideal untuk rangkaian charge

amplifier. Komponen-komponen rangkaian yang cukup ideal dan dapat digunakan


36


untuk rangkaian charge amplifier adalah resistor bernilai 10 MΩ untuk R1 dan

kapasitor bernilai 50 pF untuk C1.

4.2 Pengujian Rangkaian Fisik

Pengujian rangkaian ini dilakukan dengan maksud membandingkan hasil

rangkaian simulasi dengan rangkaian fisik. Rangkaian disusun berdasarkan contoh

data simulasi yang telah dilakukan. Untuk ujicoba ini, parameter-parameter

rangkaian yang digunakan adalah:

Jenis Op-Amp = TL071CN (buatan STMicroelectronic)

Nilai R1 = 10.1 MΩ (kombinasi seri dari 6.8Ω dan 3.3Ω)

Nilai C1 = 25 pF

Op-Amp jenis TL071CN yang banyak dijual di pasaran digunakan untuk

mengganti jenis TL071CD buatan Texas Instrument. Sementara itu, Nilai R1

sebesar 10.1 MΩ digunakan untuk mengganti nilai 10 MΩ. Bentuk rangkaian

yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 4.12.

Gambar 4.12 Rangkaian Fisik Charge Amplifier


37


Rangkaian percobaan dihubungkan dengan RC generator pada bagian

input. RC generator dihubung seri dengan kapasitor sebagai pengganti sensor.

Input yang berasal dari RC generator dan output rangkaian dihubungkan dengan

oscilloscope, untuk melihat perbandingan sinyal tegangannya. Suplai daya Vcc

yang diberikan untuk Op-Amp menggunakan rangkaian simetris yang terhubung

dengan transformator step-down, sehingga dihasilkan Vcc sebesar ± 5 V.

Hasil percobaan yang dilakukan menunjukkan sinyal seperti pada Gambar

4.13. Sinyal dilihat pada oscilloscope dengan skala nilai 1 V/div untuk sinyal

input dan 0.1 V/div untuk sinyal output.

Gambar 4.13 Contoh Sinyal Pada Oscilloscope Untuk Nilai Cx = 10 pF

Sinyal input rangkaian adalah sinyal yang berbentuk sinusoidal sempurna,

sementara sinyal output adalah sinyal yang berbentuk sinusoidal dengan noise.

Dapat dilihat bahwa bentuk sinyal output yang didapat memiliki bentuk yang

sesuai dengan bentuk sinyal input. Namun, penguatan tegangan yang didapat tidak

sesuai dengan nilai yang seharusnya. Selain itu, terdapat juga noise pada sinyal

output. Nilai penguatan tegangan yang didapat dari percobaan ditunjukkan oleh

Tabel 4.8.


38


Tabel 4.8 Penguatan Tegangan Pada Rangkaian Percobaan

Cx Vout Av Av simulasi % error

1 0.1 0.0303030 0.0407 1.0433

3 0.12 0.0363636 0.1225 8.6126

5 0.13 0.0393939 0.2040 16.4647

10 0.16 0.0484848 0.4072 35.8680

15 0.18 0.0545455 0.6122 55.7674

20 0.2 0.0606061 0.8158 75.5182

25 0.22 0.0666667 1.0193 95.2617

50 0.32 0.0969697 2.0369 193.9979

Hasil yang didapat menunjukkan nilai penguatan tegangan yang bersifat

linier. Akan tetapi, terjadi pelemahan tegangan pada rangkaian, dengan tingkat

kesalahan maksimum sebesar 193.99 %. Pelemahan tegangan ini kemungkinan

disebabkan karena prinsip impedance matching. Impedance matching terjadi pada

sinyal bolak-balik dengan frekuensi rendah dan tidak terjadi pada sinyal searah.

Pada prinsipnya dua buah saluran yang terhubung harus memiliki impedansi yang

sama. Ada beberapa saluran yang terhubung pada rangkaian, antara lain konektor

RC generator dan jumper-jumper pada jalur PCB. Nilai impedansi dari kedua

saluran yang terhubung tersebut kemungkinan besar tidak sama (tidak matching)

sehingga menimbulkan terjadinya drop tegangan.

Sementara itu, noise yang terdapat pada sinyal output kemungkinan

disebabkan oleh prinsip capacitive coupling. Capacitive coupling adalah transfer

energi yang terjadi karena adanya kapasitansi antara dua buah node rangkaian.

Capacitive coupling dapat terjadi secara tidak disengaja, misalnya adanya

kapasitansi antara dua buah kawat atau jalur PCB yang berdekatan. Hal ini yang

menyebabkan adanya noise pada sinyal. Untuk mengurangi hal tersebut dapat

dilakukan grounding di antara kedua jalur ataupun diperlebar jarak antara kedua

jalur tersebut.


39


KESIMPULAN

1. Optimisasi rangkaian charge amplifier untuk sensor kelembaban kapasitif

yang dihasilkan terdiri dari Op-Amp dengan input FET, feedback resistor

bernilai 10 MΩ dan feedback capacitor bernilai 50 pF. Kombinasi nilai

resistor dan kapasitor didapatkan berdasarkan kombinasi terbaik yang

memiliki penguatan tegangan ≤ 1.

2. Jenis Op-Amp yang cukup ideal untuk digunakan pada rangkaian charge

amplifier adalah jenis TL071CD atau jenis LF355AH. Keduanya memenuhi

ketiga aspek yang diujikan, yaitu perbandingan bentuk sinyal output dan input,

penguatan tegangan dan sensitivitas.

3. Rangkaian fisik yang dibuat menghasilkan bentuk sinyal output yang sesuai

dengan hasil simulasi, akan tetapi penguatan tegangan yang didapat memiliki

tingkat kesalahan hingga 193.99% dan terdapat noise pada sinyalnya. Kedua

hal tersebut disebabkan karena kemungkinan adanya impedance matching dan

capacitive coupling.


40


DAFTAR REFERENSI

[1] Hamamatsu Photonics, K.K. (2001, October). Characteristics and use of

Charge amplifier. May 11, 2009.

http://sales.hamamatsu.com/assets/applications/SSD/charge_amp_kacc9001e01.p

df

[2] Crecraft, D.I., & Gergely, S. (2002). Analog Electronics: Circuits, Systems

and Signal Processing. Oxford: Butterworth-Heinemann.

[3] Boylestad, Robert L., & Nashelsky, Louis. (1999). Electronic Devices and

Circuit Theory (7th

Ed.). New Jersey: Prentice Hall.

[4] Peyton, A.J., & Walsh, V. (1993). Analog Electronics with Op Amps: A

Source Book of Practical Circuits. Cambridge: Cambridge University

[5] Tooley, Michael H. (2002). Electronic circuits: fundamentals and

applications. Newnes.

[6] Kistler Instrument Corporation. (n.d). The Piezoelectric Effect, Theory,

Design and Usage. May 11, 2009.

http://www.designinfo.com/kistler/ref/tech_theory_text.htm

[7] Jung, Walter G. (2004). Op Amp Applications Handbook. Newnes.

[8] Sonde, B.S. (1992). Introduction to System Design Using Integrated Circuits.

New Age Publishers.

[9] Tamsir, Agus Santoso. (2009). Personal interview.


41


DAFTAR PUSTAKA

Wasito S. (2004). Vedemekum Elektronika. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Johnson, David E., Johnson, Johnny R., Hilburn, John L., & Scott, Peter D.

(1997). Electric Circuit Analysis (3rd

Ed.). New Jersey: Prentice Hall

Millman, Jacob, & Grabel, Alvin. (1987). Microelectronics (2nd

Ed.). New York:

McGraw-Hill.


42


LAMPIRAN

1. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis TL071CD

Cx

R1 = 1 kΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF

Vout/Vin Av Vout/Vin Av Vout/Vin Av

1 1.0048756 0.0001911 1.0013220 0.0001919 1.0027007 0.0001913

3 1.0028865 0.0005724 1.0025277 0.0005729 0.9982963 0.0005761

5 0.9916670 0.0009547 0.9927213 0.0009557 1.0031079 0.0009534

10 0.9975619 0.0019085 0.9901677 0.0019116 0.9844414 0.0019145

15 1.0094168 0.0028623 1.0044514 0.0028675 1.0058292 0.0028628

20 0.9936834 0.0038327 1.0014167 0.0038255 1.0020846 0.0038320

25 0.9876976 0.0047964 0.9864972 0.0047954 1.0008943 0.0047729

50 1.0003354 0.0095360 0.9932936 0.0095438 1.0050588 0.0095524

Cx

R1 = 1 kΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 1.0012510 0.0001918 1.0100062 0.0001904 0.9925029 0.0001908

3 1.0086497 0.0005728 1.0013987 0.0005753 0.9990457 0.0005719

5 1.0034299 0.0009547 0.9983888 0.0009561 1.0023834 0.0009583

10 0.9830317 0.0019203 0.9899450 0.0019107 0.9943046 0.0019164

15 1.0063316 0.0028624 0.9959760 0.0028680 0.9951201 0.0028724

20 1.0089821 0.0038162 1.0036637 0.0038258 1.0002419 0.0038326

25 1.0002088 0.0047826 1.0096418 0.0047742 1.0002709 0.0047884

50 1.0067422 0.0095537 1.0010705 0.0095596 1.0053997 0.0095619

Cx

R1 = 10 kΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 1.0016657 0.0019051 1.0116495 0.0019009 0.9972975 0.0019170

3 0.9882850 0.0057457 0.9900343 0.0057553 1.0006678 0.0057136

5 1.0089909 0.0095411 0.9846312 0.0095988 1.0000014 0.0095320

10 0.9860818 0.0191227 1.0032963 0.0190069 0.9814640 0.0191827

15 1.0050983 0.0286925 1.0024244 0.0287832 0.9893607 0.0286434

20 0.9938725 0.0383066 1.0075584 0.0381243 1.0039533 0.0380372

25 0.9890779 0.0477817 0.9854065 0.0478101 0.9980039 0.0480702

50 1.0100169 0.0947164 1.0012990 0.0957475 0.9850853 0.0960908


43


Cx

R1 = 10 kΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 1.0124216 0.0018994 1.0106630 0.0019051 0.9975412 0.0018890

3 0.9991311 0.0057278 0.9920919 0.0057621 0.9688883 0.0057840

5 0.9862408 0.0096046 1.0100233 0.0094512 1.0102995 0.0093975

10 0.9871022 0.0191535 1.0030480 0.0189347 1.0168397 0.0187577

15 0.9978919 0.0284814 0.9965174 0.0285855 1.0046146 0.0284971

20 0.9977912 0.0380045 0.9997917 0.0378900 1.0073407 0.0379727

25 0.9791631 0.0480118 0.9998238 0.0472908 1.0115373 0.0474191

50 1.0032070 0.0955560 1.0068141 0.0950539 1.0232138 0.0942598

Cx

R1 = 100 kΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 0.9875584 0.0191550 1.0433535 0.0184048 0.9820912 0.0186079

3 0.9787015 0.0575873 1.0253239 0.0555947 1.0161404 0.0548987

5 0.9865884 0.0951971 1.0370141 0.0921646 1.0108985 0.0916574

10 0.9692529 0.1914238 0.9874042 0.1888324 1.0242185 0.1820786

15 1.0032898 0.2847841 0.9745351 0.2852295 1.0243438 0.2726395

20 1.0109878 0.3765371 0.9714184 0.3809927 1.0211610 0.3636675

25 1.0108759 0.4728817 1.0044992 0.4681843 1.0241210 0.4561424

50 1.0221196 0.9470168 0.9961425 0.9445004 0.9826518 0.9298153

Cx

R1 = 100 kΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 0.9936460 0.0178900 0.9980522 0.0172293 0.9837085 0.0139545

3 0.9980958 0.0537103 1.0128482 0.0514151 0.9796116 0.0417928

5 0.9982579 0.0895037 1.0127943 0.0856048 0.9787643 0.0695407

10 0.9989699 0.1787608 1.0048275 0.1725135 0.9822631 0.1392564

15 1.0062836 0.2679022 0.9933122 0.2607002 0.9768851 0.2100123

20 1.0062222 0.3574031 1.0121102 0.3422925 0.9769391 0.2801970

25 1.0060639 0.4467483 1.0126407 0.4281491 0.9770659 0.3505070

50 1.0059384 0.8980337 1.0130251 0.8586864 0.9775284 0.7035163


44


Cx

R1 = 1 MΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 0.9824275 0.1400344 0.9347025 0.0934161 0.9381971 0.0670612

3 0.9826999 0.4214582 0.9677800 0.2756755 0.9417271 0.2019815

5 0.9836018 0.7026300 0.9322999 0.4725707 0.9203242 0.3382789

10 0.9844657 1.4108553 0.9367301 0.9370451 0.9392627 0.6713737

15 0.9854095 2.1241354 0.9535459 1.3991060 0.9404158 1.0084799

20 0.9863411 2.8424835 0.9378000 1.8805492 0.9427958 1.3487170

25 0.9875915 3.5649419 0.9383118 2.3548019 0.9428547 1.6864357

50 1.2270800 5.0515376 0.9415575 4.7428705 0.9431765 3.3732878

Cx

R1 = 1 MΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 0.9166031 0.0524415 0.9421761 0.0419121 0.9556117 0.0210035

3 0.9476490 0.1549108 0.9563362 0.1247388 0.9545628 0.0626300

5 0.9310298 0.2605290 0.9449224 0.2093271 0.9283351 0.1066209

10 0.8997445 0.5308415 0.9118023 0.4260273 0.9418385 0.2110831

15 0.9346130 0.7779438 0.9141599 0.6377416 0.9340847 0.3178801

20 0.9403268 1.0338756 0.9251840 0.8454327 0.9302094 0.4243871

25 0.9490978 1.2904961 0.9315054 1.0535521 0.9267336 0.5313388

50 0.9394493 2.5948169 0.9384555 2.1032893 0.9214719 1.0702288

Cx

R1 = 10 MΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 0.9207998 0.2138752 0.9522941 0.1041527 0.9655979 0.0688204

3 0.9210199 0.6439426 0.9577716 0.3120353 0.9656948 0.2065589

5 0.9229611 1.0663977 0.9585831 0.5205593 0.9752814 0.3427516

10 0.9236377 2.1374284 0.9530227 1.0434840 0.9663362 0.6885677

15 0.9254702 3.2002346 0.9538083 1.5641519 0.9670818 1.0310336

20 0.9269376 4.2651217 0.9543666 2.0876859 0.9676416 1.3738334

25 1.0080874 4.9438704 0.9551344 2.6081840 0.9680713 1.7178265

50 1.3677985 4.9830943 1.0030710 4.9751431 0.9705541 3.4315175


45


Cx

R1 = 10 MΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 0.9733002 0.0512990 0.9832764 0.0407364 0.9903616 0.0201967

3 0.9734976 0.1538797 0.9786115 0.1224901 0.9901918 0.0605802

5 0.9738687 0.2560819 0.9788134 0.2040412 0.9891846 0.1010423

10 0.9792750 0.5104927 0.9826177 0.4071647 0.9899648 0.2019600

15 0.9745037 0.7685626 0.9792859 0.6122192 0.9896203 0.3029932

20 0.9750181 1.0238395 0.9797064 0.8157885 0.9897506 0.4039731

25 0.9754246 1.2794273 0.9800896 1.0192841 0.9898776 0.5049359

50 0.9772395 2.5568988 0.9815870 2.0369486 0.9904957 1.0092697

2. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis AD743JN

Cx

R1 = 1 kΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 1.0117092 0.0001892 0.9888968 0.0001912 1.0276307 0.0001867

3 0.9865772 0.0005738 0.9903261 0.0005737 0.9865294 0.0005736

5 0.9999344 0.0009543 0.9884434 0.0009518 0.9900692 0.0009556

10 1.0178113 0.0018898 1.0089732 0.0019115 1.0014510 0.0018941

15 0.9909200 0.0028653 1.0046039 0.0028671 1.0077626 0.0028633

20 1.0074884 0.0038180 0.9940595 0.0038132 0.9846819 0.0038154

25 1.0143713 0.0047745 1.0007104 0.0047532 1.0059121 0.0047791

50 0.9846173 0.0096106 0.9916371 0.0095623 1.0067398 0.0095527

Cx

R1 = 1 kΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 1.0049467 0.0001913 0.9969881 0.0001910 1.0026537 0.0001914

3 0.9964141 0.0005747 0.9898364 0.0005741 0.9892613 0.0005745

5 0.9979771 0.0009573 1.0024068 0.0009565 0.9919005 0.0009557

10 1.0046654 0.0018904 1.0094997 0.0019096 0.9987116 0.0019132

15 1.0024557 0.0028635 0.9889738 0.0028676 1.0125482 0.0028620

20 1.0109038 0.0038205 1.0068627 0.0037642 0.9901527 0.0038288

25 0.9983896 0.0047722 1.0084645 0.0047792 0.9879473 0.0047921

50 0.9945121 0.0095367 0.9834219 0.0095457 1.0248395 0.0092368


46


Cx

R1 = 10 kΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 1.0059468 0.0019072 1.0016212 0.0018996 1.0002925 0.0018911

3 1.0299479 0.0056440 1.0019446 0.0056832 0.9926020 0.0057295

5 1.0167448 0.0094922 1.0029946 0.0094891 0.9864417 0.0095585

10 1.0160573 0.0190568 0.9963963 0.0191024 0.9984722 0.0190522

15 1.0133937 0.0286318 1.0280716 0.0281503 0.9938346 0.0286311

20 1.0120198 0.0377084 1.0093184 0.0381933 1.0205546 0.0379439

25 0.9923382 0.0471496 0.9932087 0.0476023 1.0123024 0.0474788

50 0.7079859 0.1502631 1.0027230 0.0950117 1.0029033 0.0950049

Cx

R1 = 10 kΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 1.0177926 0.0019016 1.0019473 0.0018920 0.9989186 0.0019136

3 1.0172983 0.0057186 1.0020874 0.0056753 0.9885915 0.0057069

5 1.0182383 0.0094810 0.9902061 0.0096185 0.9856745 0.0095823

10 1.0205887 0.0188951 0.9941981 0.0191518 0.9839811 0.0192251

15 1.0034455 0.0285303 1.0112993 0.0284575 0.9911909 0.0284687

20 1.0118770 0.0381063 1.0024309 0.0381929 0.9704624 0.0385316

25 1.0200302 0.0472021 1.0064095 0.0472392 0.9769900 0.0480619

50 1.0120974 0.0954929 1.0121498 0.0944131 1.0058356 0.0936225

Cx

R1 = 100 kΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 0.9918733 0.0191331 1.0391204 0.0184563 0.9818163 0.0184866

3 0.9740881 0.0579160 1.0378186 0.0553996 0.9915947 0.0555622

5 1.0273888 0.0940608 0.9914255 0.0943905 1.0192900 0.0908491

10 1.0134579 0.1894045 0.9872907 0.1885935 0.9829520 0.1860393

15 1.0298307 0.2840092 1.0255382 0.2794961 0.9831819 0.2800459

20 1.0040815 0.3815963 0.9708461 0.3804080 1.0058747 0.3685688

25 0.9984712 0.4780991 1.0144049 0.4666028 1.0112496 0.4592276

50 1.0083963 0.9518245 0.9969049 0.9450609 0.9846745 0.9328857


47


Cx

R1 = 100 kΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 0.9852639 0.0179280 0.9996923 0.0171986 0.9708441 0.0140009

3 0.9865229 0.0538538 1.0004941 0.0515189 0.9713718 0.0419782

5 0.9870534 0.0898153 0.9999255 0.0860089 0.9714342 0.0699715

10 0.9982196 0.1787390 0.9996532 0.1721846 0.9711381 0.1400033

15 0.9920110 0.2687405 1.0006794 0.2578066 0.9711239 0.2101235

20 0.9922899 0.3586360 1.0011942 0.3435565 0.9711826 0.2802811

25 0.9925498 0.4486375 1.0014244 0.4295016 0.9714736 0.3503105

50 1.0033806 0.8963793 0.9821634 0.8709326 0.9761865 0.7013284

Cx

R1 = 1 MΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 0.9734707 0.1417470 0.9286010 0.0948928 0.9342138 0.0675905

3 0.9737156 0.4256666 0.9312484 0.2843438 0.9371988 0.2021811

5 0.9742143 0.7106670 0.9294120 0.4749114 0.9367463 0.3366942

10 0.9748194 1.4233158 0.9304542 0.9478464 0.9370177 0.6737125

15 0.9744396 2.1424159 0.9317803 1.4198105 0.9377201 1.0118945

20 0.9771415 2.8685793 0.9310372 1.9019499 0.9396613 1.3535098

25 0.9936140 3.5781646 0.9309802 2.3837388 0.9395308 1.6918824

50 0.9212407 5.6988803 0.9510602 4.7346779 0.9371414 3.3791679

Cx

R1 = 1 MΩ

C1 =20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 0.9451982 0.0515318 0.8997221 0.0428884 0.9555862 0.0209584

3 0.9452067 0.1548132 0.9054159 0.1282295 0.9512771 0.0628711

5 0.9407664 0.2580960 0.9153610 0.2124882 0.9550205 0.1045006

10 0.9420340 0.5160202 0.9499871 0.4169835 0.9541812 0.2091540

15 0.9459051 0.7742378 0.9390437 0.6303945 0.9551642 0.3136534

20 0.9460363 1.0320699 0.9260188 0.8463945 0.9421434 0.4223045

25 0.9469242 1.2984507 0.9147988 1.0648664 0.9346726 0.5311145

50 0.9464961 2.6024573 0.9487433 2.0945653 0.9207859 1.0703450


48


Cx

R1 = 10 MΩ

C1 = 5 pF C1 = 10 pF C1 = 15 pF


1 0.9239200 0.2140888 0.9547936 0.1042225 0.9744947 0.0686048

3 0.9257064 0.6404008 0.9577604 0.3125349 0.9742495 0.2056741

5 0.9271777 1.0667778 0.9542760 0.5213525 0.9740552 0.3427712

10 0.9440028 2.1255850 0.9601680 1.0417897 0.9736007 0.6856790

15 0.9470502 3.1698409 0.9643409 1.5620913 0.9732312 1.0293302

20 0.9370157 4.2646169 0.9635186 2.0806277 0.9727453 1.3725571

25 0.9174245 5.3535433 0.9626755 2.5994894 0.9721575 1.7157349

50 0.9326664 5.7244155 0.9409146 5.2089641 0.9703117 3.4391361

Cx

R1 = 10 MΩ

C1 = 20 pF C1 = 25 pF C1 = 50 pF


1 0.9743455 0.0511984 0.9789245 0.0408403 0.9743260 0.0205281

3 0.9779463 0.1535444 0.9790619 0.1224883 0.9767126 0.0614293

5 0.9793280 0.2558637 0.9792090 0.2040800 0.9763550 0.1024196

10 0.9789815 0.5116217 0.9825253 0.4077943 0.9764837 0.2048076

15 0.9786074 0.7673485 0.9821311 0.6115288 0.9770416 0.3070334

20 0.9782123 1.0231827 0.9818020 0.8154146 0.9775801 0.4091573

25 0.9778151 1.2792536 0.9814586 1.0194647 0.9783242 0.5110801

50 0.9761831 2.5627025 0.9813461 2.0398787 0.9660367 1.0353794

3. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis OP27AJ

R1 = 1 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF

Vo/Vi Av Vo/Vi Av Vo/Vi Av

1 1.0009537 0.0001910 1.0025387 0.0001915 1.0073279 0.0001911

3 1.0070575 0.0005734 0.9942445 0.0005716 0.9883810 0.0005730

5 1.0021395 0.0009577 0.9939109 0.0009562 1.0068303 0.0009430

10 0.9898197 0.0019102 1.0066001 0.0019125 0.9925828 0.0019094

15 1.0024152 0.0028749 0.9899728 0.0028681 1.0010637 0.0028756

20 1.0123360 0.0037948 1.0042450 0.0038221 0.9893096 0.0038238

25 0.9897974 0.0047804 0.9872521 0.0047876 1.0072246 0.0047769

50 1.0069158 0.0094884 1.0211286 0.0094706 0.9964246 0.0095812


49


Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 1.0077510 0.0001910 1.0070184 0.0001910 0.9894683 0.0001911

3 0.9899601 0.0005732 0.9909926 0.0005725 0.9977455 0.0005741

5 0.9927309 0.0009543 1.0117574 0.0009392 0.9985948 0.0009580

10 0.9906980 0.0019101 0.9847267 0.0019153 0.9927912 0.0019076

15 1.0063640 0.0028676 1.0125840 0.0028669 0.9924634 0.0028657

20 0.9941635 0.0038189 1.0008735 0.0038327 1.0025873 0.0037694

25 0.9831548 0.0047802 0.9966997 0.0047508 0.9962596 0.0047892

50 0.9997803 0.0095588 1.0030569 0.0095337 0.9864549 0.0095615

R1 = 10 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 1.0098584 0.0019095 0.9970638 0.0019086 1.0084608 0.0019084

3 0.9919960 0.0057160 0.9980135 0.0057174 1.0094883 0.0057129

5 1.0208242 0.0094620 0.9870210 0.0095589 0.9824545 0.0095706

10 0.9940465 0.0191121 0.9953711 0.0190391 1.0000025 0.0192118

15 0.9885601 0.0286902 0.9976673 0.0286752 0.9952389 0.0287762

20 0.9941220 0.0380269 1.0010672 0.0378324 0.9805101 0.0385902

25 0.9902095 0.0478574 0.9984253 0.0472781 0.9982217 0.0475238

50 1.0015912 0.0953928 0.9884231 0.0954668 0.9982081 0.0955890

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9843256 0.0019118 1.0003540 0.0018953 1.0040745 0.0018788

3 1.0036737 0.0057051 0.9812152 0.0057681 1.0098867 0.0056215

5 0.9910408 0.0095966 0.9902732 0.0095845 0.9826185 0.0095866

10 1.0154883 0.0190581 1.0102666 0.0190376 0.9811308 0.0192119

15 0.9946604 0.0286583 0.9772352 0.0288226 1.0170854 0.0281054

20 0.9965154 0.0384306 0.9933332 0.0382125 0.9818322 0.0381436

25 0.9893930 0.0479613 1.0150708 0.0476455 0.9733056 0.0480352

50 1.0109614 0.0952067 1.0235624 0.0938483 1.0167893 0.0939741


50


R1 = 100 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 1.0233551 0.0189090 0.9537013 0.0191146 1.0074880 0.0183081

3 1.0233551 0.0189090 1.0135426 0.0555720 0.9811232 0.0553202

5 0.9809770 0.0962380 0.9611383 0.0951912 0.9744611 0.0931433

10 0.9806113 0.1928947 0.9937501 0.1872179 1.0123055 0.1817908

15 1.0105919 0.2850025 1.0170593 0.2776484 1.0122150 0.2728473

20 1.0287831 0.3778018 1.0107251 0.3715219 1.0065308 0.3639652

25 1.0162856 0.4697543 0.9866423 0.4703558 0.9982163 0.4580362

50 0.9877168 0.9574904 0.9786810 0.9425465 0.9678913 0.9319556

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 1.0014785 0.0177980 0.9845672 0.0173362 0.9795034 0.0139633

3 1.0009392 0.0534475 0.9882381 0.0517759 0.9789557 0.0418150

5 0.9887795 0.0894527 1.0011111 0.0854967 0.9784682 0.0697375

10 0.9887548 0.1790327 1.0033181 0.1713643 0.9731244 0.1401008

15 0.9904804 0.2680453 1.0050127 0.2584310 0.9841735 0.2093535

20 0.9931660 0.3574375 0.9837775 0.3462982 0.9860618 0.2784860

25 0.9967632 0.4468648 0.9837809 0.4330715 0.9763134 0.3514465

50 0.9909205 0.8958737 0.9944707 0.8669842 0.9882329 0.6991765

R1 = 1 MOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9784750 0.1401512 0.9396973 0.0934579 0.9193218 0.0677963

3 0.9852906 0.4194792 0.9359567 0.2795259 0.9235144 0.2029321

5 0.9892880 0.6976963 0.9343252 0.4662415 0.9351730 0.3353347

10 0.9836345 1.4041481 0.9661866 0.9196688 0.9369645 0.6717254

15 0.9853176 2.1022219 0.9405009 1.4074933 0.9206167 1.0133019

20 0.9872874 2.8045092 0.9358391 1.8713458 0.9200459 1.3576798

25 0.9030700 3.8125186 0.9594753 2.3252117 0.9322968 1.6836444

50 0.8189480 4.1225306 0.8145953 4.1759458 0.9158279 3.4084625


51


Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.8987488 0.0527914 0.8953954 0.0428860 0.9565838 0.0209398

3 0.9063027 0.1574755 0.9183647 0.1270786 0.9551338 0.0626354

5 0.9125697 0.2618724 0.9455310 0.2089949 0.9557488 0.1046418

10 0.8996719 0.5269245 0.9536628 0.4158260 0.9272282 0.2122731

15 0.9094341 0.7895373 0.9090851 0.6388263 0.9563634 0.3144320

20 0.9455653 1.0295088 0.8988387 0.8566932 0.9383758 0.4231888

25 0.9186889 1.3086181 0.9323835 1.0507644 0.9189823 0.5367596

50 0.9249839 2.6157899 0.9405524 2.0954432 0.9477566 1.0508563

R1 = 10 MOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9260654 0.2119670 0.9599277 0.1038051 0.9688339 0.0686591

3 0.9561854 0.6300854 0.9538347 0.3118587 0.9649027 0.2063947

5 0.9407091 1.0542894 0.9685460 0.5183024 0.9650806 0.3437480

10 0.9399498 2.1119581 0.9678830 1.0327099 0.9654483 0.6865183

15 0.9290435 3.1744665 0.9515722 1.5699350 0.9755999 1.0258560

20 0.8793074 3.7600713 0.9531576 2.0806003 0.9751084 1.3659823

25 0.8472532 3.9965464 0.9656541 2.5950948 0.9660510 1.7198766

50 0.6780988 5.1718400 0.8250550 4.1286947 0.9137107 3.4436078

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9807929 0.0509291 0.9836109 0.0406176 0.9744626 0.0205229

3 0.9774697 0.1532409 0.9840052 0.1219807 0.9765805 0.0614141

5 0.9807330 0.2548729 0.9839890 0.2034031 0.9910134 0.1009314

10 0.9804504 0.5096168 0.9839885 0.4072531 0.9888614 0.2019579

15 0.9731855 0.7689312 0.9835217 0.6098217 0.9908413 0.3028174

20 0.9736292 1.0228790 0.9782991 0.8164565 0.9906777 0.4036655

25 0.9799916 1.2757837 0.9786563 1.0191112 0.9890013 0.5052669

50 0.9787433 2.5538646 0.9795385 2.0375716 0.9901614 1.0095634


52


4. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis LF355AH

R1 = 1 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9904211 0.0001910 0.9894717 0.0001913 0.9960261 0.0001910

3 1.0033237 0.0005741 1.0039850 0.0005742 1.0019167 0.0005741

5 0.9853687 0.0009565 0.9894859 0.0009536 0.9893717 0.0009555

10 0.9931177 0.0019111 0.9931187 0.0019153 1.0032520 0.0019113

15 0.9909485 0.0028635 0.9897621 0.0028655 0.9905322 0.0028682

20 1.0008357 0.0038332 0.9909036 0.0038203 0.9873125 0.0038222

25 1.0052451 0.0047866 1.0012848 0.0047752 0.9987707 0.0047705

50 0.9985766 0.0095755 0.9871120 0.0095647 0.9938044 0.0095934

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9940886 0.0001912 0.9886796 0.0001913 0.9922687 0.0001908

3 1.0016795 0.0005743 1.0056065 0.0005720 0.9990850 0.0005718

5 0.9886221 0.0009566 0.9941069 0.0009552 0.9973730 0.0009561

10 1.0071111 0.0019069 1.0025092 0.0019134 1.0008258 0.0019153

15 0.9930638 0.0028744 0.9991983 0.0028681 1.0083561 0.0028661

20 0.9895019 0.0038235 0.9936628 0.0038152 1.0085387 0.0038155

25 0.9898703 0.0047802 0.9893143 0.0047751 1.0037706 0.0047722

50 1.0010368 0.0095680 1.0078136 0.0095538 0.9902319 0.0095399

R1 = 10 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 1.0007871 0.0019159 1.0072672 0.0019070 0.9926450 0.0019158

3 0.9927237 0.0057497 1.0010190 0.0057565 0.9974874 0.0057573

5 0.9908525 0.0095355 0.9977518 0.0095854 1.0031601 0.0095493

10 1.0042971 0.0191636 0.9852922 0.0191942 1.0062743 0.0190124

15 0.9951329 0.0286224 0.9874601 0.0287207 0.9863573 0.0286680

20 0.9947135 0.0381220 1.0134276 0.0381263 0.9957518 0.0380086

25 1.0135912 0.0476533 1.0004661 0.0479855 0.9853501 0.0480191

50 1.0147084 0.0942371 1.0044337 0.0955504 0.9950778 0.0953198


53


Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 1.0057980 0.0018954 1.0049787 0.0019041 0.9759326 0.0019200

3 1.0115309 0.0057067 0.9881883 0.0057659 0.9723621 0.0057722

5 1.0152932 0.0095068 0.9935435 0.0096245 1.0034824 0.0094819

10 0.9955744 0.0191025 1.0020687 0.0191156 1.0093985 0.0189388

15 0.9876865 0.0288530 1.0106236 0.0284475 0.9867417 0.0289298

20 1.0010768 0.0380245 0.9876953 0.0381914 1.0261420 0.0377831

25 0.9872961 0.0478802 1.0026309 0.0473669 0.9838767 0.0481365

50 1.0005245 0.0955518 1.0009646 0.0950445 1.0130081 0.0944654

R1 = 100 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 1.0109038 0.0189171 0.9961334 0.0187012 0.9704493 0.0184409

3 1.0107609 0.0569170 0.9891386 0.0567358 1.0155180 0.0545882

5 1.0128546 0.0943092 0.9995330 0.0941257 1.0054077 0.0917300

10 0.9817258 0.1907317 0.9967224 0.1875703 0.9874012 0.1860931

15 1.0175024 0.2817797 0.9567951 0.2866598 0.9811678 0.2783536

20 1.0185642 0.3800569 1.0012994 0.3736260 1.0199033 0.3647594

25 1.0248181 0.4726668 0.9875786 0.4705301 0.9743106 0.4660079

50 1.0129648 0.9556152 1.0111363 0.9332456 0.9711830 0.9357398

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9906338 0.0177742 0.9979115 0.0171725 0.9738456 0.0140024

3 0.9849945 0.0536183 0.9750500 0.0519716 0.9786259 0.0417631

5 0.9913587 0.0892750 0.9811554 0.0867944 0.9710558 0.0700707

10 1.0059747 0.1783092 0.9864705 0.1738442 0.9874583 0.1391502

15 1.0069016 0.2674280 0.9874130 0.2594756 0.9802203 0.2106779

20 1.0013248 0.3575672 1.0121471 0.3428951 0.9879801 0.2790180

25 1.0057641 0.4469145 0.9895785 0.4342469 0.9906046 0.3482577

50 0.9953979 0.8945133 0.9840579 0.8698685 0.9848063 0.7004122


54


R1 = 1 MOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9874339 0.1391282 0.9296296 0.0936582 0.9175123 0.0675315

3 0.9904166 0.4186712 0.9327373 0.2824473 0.9212581 0.2033481

5 0.9845378 0.7006224 0.9526564 0.4646644 0.9221053 0.3395512

10 0.9819421 1.4129709 0.9668920 0.9269083 0.9208554 0.6762634

15 0.9860543 2.1159108 0.9354890 1.4131756 0.9382541 1.0124598

20 0.9978400 2.8352192 0.9652014 1.8491939 0.9403020 1.3458046

25 1.0097467 3.6030373 0.9456980 2.3399733 0.9262924 1.6974215

50 1.0360810 5.4383975 0.9484155 4.8398406 0.9331684 3.4033481

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.8985954 0.0530016 0.9517611 0.0415958 0.9240705 0.0212563

3 0.9454530 0.1542548 0.9128519 0.1275826 0.9451244 0.0631238

5 0.9479440 0.2588255 0.9051553 0.2136447 0.9212659 0.1065652

10 0.9035694 0.5269142 0.8986033 0.4290749 0.9359922 0.2121542

15 0.9271212 0.7833640 0.9219482 0.6356706 0.9205170 0.3213580

20 0.9415785 1.0394135 0.9356257 0.8418383 0.9244268 0.4284119

25 0.9478876 1.2882763 0.9476932 1.0462726 0.9367428 0.5302635

50 0.9284546 2.6195150 0.9009637 2.1517772 0.9558181 1.0502528

R1 = 10 MOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9199250 0.2145979 0.9539343 0.1040785 0.9754229 0.0683379

3 0.9563599 0.6268689 0.9554278 0.3121783 0.9648832 0.2068584

5 0.9558184 1.0515306 0.9679168 0.5163458 0.9654119 0.3441603

10 0.9221607 2.1499387 0.9672794 1.0376582 0.9752833 0.6846230

15 0.9431649 3.1583592 0.9534275 1.5646484 0.9746550 1.0281546

20 0.9365235 4.2300183 0.9528380 2.0936474 0.9672017 1.3741297

25 0.9957670 4.8577240 0.9630449 2.5913459 0.9669015 1.7209557

50 0.9009941 5.6836943 1.0016806 4.8270799 0.9636568 3.4349713


55


Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9726464 0.0512226 0.9833308 0.0407142 0.9888717 0.0202011

3 0.9804230 0.1532670 0.9778860 0.1225423 0.9903854 0.0605619

5 0.9803337 0.2551864 0.9780227 0.2042994 0.9890900 0.1010098

10 0.9799959 0.5102363 0.9831303 0.4067250 0.9891217 0.2021210

15 0.9797127 0.7663660 0.9829829 0.6106599 0.9893957 0.3030174

20 0.9791928 1.0223516 0.9826547 0.8145912 0.9900316 0.4039214

25 0.9750958 1.2791358 0.9822169 1.0185185 0.9899337 0.5049535

50 0.9780209 2.5469613 0.9798515 2.0392150 0.9890047 1.0100689

5. Data Simulasi Untuk Op-Amp Jenis LM741CN

R1 = 1 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9965440 0.0001905 0.9967111 0.0001905 0.9970002 0.0001902

3 1.0117834 0.0005732 1.0083450 0.0005734 0.9984932 0.0005755

5 0.9985703 0.0009593 0.9987749 0.0009604 1.0009782 0.0009582

10 0.9898110 0.0019211 0.9884836 0.0019191 0.9927675 0.0019131

15 1.0159651 0.0028401 1.0014901 0.0028732 1.0211481 0.0028256

20 1.0127432 0.0038091 1.0124649 0.0038128 1.0122708 0.0038163

25 1.0014744 0.0047864 1.0049772 0.0047723 1.0070464 0.0047582

50 0.9873353 0.0095430 0.9917272 0.0095566 1.0001231 0.0094460

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9834615 0.0001920 0.9977133 0.0001897 0.9862188 0.0001910

3 1.0054135 0.0005731 0.9930626 0.0005749 0.9889992 0.0005784

5 1.0010306 0.0009593 1.0008478 0.0009611 1.0031384 0.0009573

10 1.0020162 0.0019008 1.0053941 0.0018903 0.9997787 0.0019080

15 1.0219509 0.0028234 0.9842450 0.0028830 0.9801106 0.0028896

20 1.0127008 0.0038142 1.0147306 0.0038067 0.9831666 0.0038503

25 1.0068758 0.0047739 1.0032251 0.0047828 0.9908571 0.0048133

50 0.9908485 0.0095490 0.9934258 0.0095431 1.0219078 0.0094930


56


R1 = 10 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 1.0103760 0.0019041 1.0167790 0.0018954 1.0090945 0.0018914

3 0.9858007 0.0057424 0.9997063 0.0057091 1.0014703 0.0057473

5 0.9979861 0.0095442 1.0009007 0.0094997 1.0119996 0.0095403

10 1.0134072 0.0190642 0.9995657 0.0191414 1.0030331 0.0189888

15 0.9862595 0.0288622 0.9989843 0.0287928 0.9902339 0.0286381

20 0.9993913 0.0381647 1.0250038 0.0378754 1.0017303 0.0381697

25 0.9845150 0.0478839 1.0018145 0.0478697 0.9844046 0.0477870

50 1.0151825 0.0945131 1.0008456 0.0955988 1.0267604 0.0942952

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 1.0084197 0.0019037 0.9830196 0.0019116 0.9772271 0.0019165

3 1.0228399 0.0056361 1.0198777 0.0056685 1.0141493 0.0056151

5 1.0000997 0.0096050 1.0122913 0.0094865 1.0072881 0.0094041

10 1.0088334 0.0188153 1.0223556 0.0190279 1.0221125 0.0187525

15 0.9788304 0.0288666 1.0099748 0.0282268 0.9897490 0.0287318

20 0.9784539 0.0386340 1.0183288 0.0375954 0.9933831 0.0382146

25 0.9779180 0.0479440 1.0175291 0.0472368 0.9787478 0.0482894

50 1.0090606 0.0943095 0.9901456 0.0954281 0.9979286 0.0954214

R1 = 100 kOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 1.0232965 0.0187708 0.9751544 0.0188833 0.9965296 0.0183122

3 1.0234417 0.0562507 0.9802603 0.0564746 1.0124196 0.0546870

5 1.0140752 0.0945921 0.9935635 0.0935609 1.0120547 0.0913649

10 0.9826144 0.1936134 0.9637320 0.1914951 0.9997449 0.1835386

15 0.9823613 0.2884607 0.9824068 0.2840974 0.9784612 0.2797631

20 1.0194079 0.3796016 0.9813168 0.3789763 1.0025952 0.3677908

25 0.8840825 0.5594888 0.9876607 0.4803034 1.0109409 0.4617814

50 0.7928916 0.8152388 0.7337037 0.8805459 0.7644670 0.8487026


57


Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 1.0017466 0.0177577 1.0015026 0.0171610 0.9862848 0.0138988

3 0.9983418 0.0534174 1.0118460 0.0511007 0.9860912 0.0417172

5 0.9985328 0.0891427 1.0184521 0.0849180 0.9867992 0.0695614

10 0.9982046 0.1785827 1.0161336 0.1717490 0.9847052 0.1394564

15 0.9822108 0.2689308 0.9778988 0.2600000 0.9856630 0.2093616

20 0.9833929 0.3597440 1.0091905 0.3418579 0.9825588 0.2795936

25 1.0013043 0.4478479 0.9793773 0.4364307 0.9792399 0.3501114

50 0.8476105 0.7570841 0.7502308 0.8576989 0.8697845 0.7312763

R1 = 1 MOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9843602 0.1330700 0.9371218 0.0898287 0.9376268 0.0648050

3 0.9853652 0.3967377 0.9547919 0.2661046 0.9121628 0.1972132

5 0.9224152 0.6561761 0.9376469 0.4490506 0.9106860 0.3302165

10 0.7758375 0.8295202 0.8112936 0.7890708 0.9028927 0.6452724

15 0.7331350 0.9006896 0.7865540 0.8219398 0.7728750 0.8320863

20 0.7062986 0.9418449 0.7445427 0.8958769 0.7636862 0.8623535

25 0.7307894 0.9342490 0.7673141 0.8925136 0.7666862 0.8628011

50 0.7540118 0.9303132 0.7579184 0.9286721 0.7918017 0.8627028

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9179299 0.0509925 0.9111559 0.0416013 0.9402751 0.0209174

3 0.9523986 0.1507243 0.9402176 0.1230950 0.9350826 0.0628276

5 0.9032781 0.2572340 0.9087077 0.2090646 0.9460144 0.1044806

10 0.9254794 0.5003652 0.9218430 0.4145366 0.9248419 0.2118492

15 0.8470972 0.7293378 0.9142265 0.6146567 0.9261560 0.3164236

20 0.7922985 0.8117924 0.8134108 0.7749060 0.9256204 0.4232120

25 0.7906892 0.8336437 0.7821006 0.8281261 0.9329587 0.5236776

50 0.7386175 0.9242152 0.6833259 1.0024356 0.8045871 0.8113919


58


R1 = 10 MOhm

Cx

C1

5 pF 10 pF 15 pF


1 0.9525189 0.1882340 0.9574585 0.0984175 0.9703725 0.0660922

3 0.9377909 0.5484677 0.9625590 0.2936303 0.9704488 0.1981264

5 0.8552714 0.7397880 0.9572445 0.4852599 0.9690364 0.3299919

10 0.6900980 0.9769228 0.8546927 0.7568153 0.9082868 0.6469651

15 0.6944117 1.0277931 0.7943974 0.8286435 0.7770491 0.8337684

20 0.6661190 1.1316739 0.7722478 0.9064060 0.7391998 0.8987157

25 0.7639566 0.9072952 0.6723447 1.1338204 0.7290758 0.9487867

50 0.8250400 0.9194538 0.7105891 1.0809549 0.7560217 0.9979957

Cx

C1

20 pF 25 pF 50 pF


1 0.9721072 0.0499798 0.9709766 0.0402720 0.9732728 0.0203685

3 0.9721072 0.0499798 0.9750977 0.1204444 0.9726187 0.0611315

5 0.9742338 0.2488425 0.9766041 0.1998007 0.9742693 0.1018079

10 0.9799280 0.4935945 0.9735845 0.3993180 0.9747910 0.2026011

15 0.8618798 0.7177569 0.9352854 0.6010579 0.9686310 0.3060993

20 0.8155906 0.7981370 0.8541007 0.7478441 0.9672161 0.4078594

25 0.7586415 0.8745109 0.8417084 0.7798216 0.9686234 0.5074054

50 0.6553709 1.0974790 0.7481785 0.9383497 0.7801933 0.8569119


59


6. Bentuk Sinyal Output Pada Percobaan Rangkaian Fisik

Cx = 1 pF

Cx = 3 pF

Cx = 5 pF


60


Cx = 10 pF

Cx = 15 pF

Cx = 20 pF


61


Cx = 25 pF

Cx = 50 pF


UNIVERSITAS INDONESIA OPTIMISASI RANGKAIAN ... - lib.ui.ac.id

Documents

Transcript of UNIVERSITAS INDONESIA OPTIMISASI RANGKAIAN ... - lib.ui.ac.id